杨可桢机械设计chap11齿轮传动

Chap11齿轮传动,主要内容,失效形式直齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮传动受力分析与强度计算直齿圆锥齿轮传动强度计算齿轮的构造、润滑和效率,本章重点,直齿圆柱齿轮传动受力分析和强度计算斜齿圆柱齿轮传动受力分析与强度计算,11-1轮齿的失效形式,齿轮传动的失效主要发生在轮齿部分，常见失效形式有五种。,1.轮齿折断,一、齿轮传动的种类：闭式传动：传动的齿轮封闭在刚性的箱体内，用于重要场合。开式传动：齿轮是外露的，只宜于低速场合。,二、失效形式,过载折断,疲劳折断,发生在齿根,轮齿单侧工作时，受脉动循环应力,轮齿双侧工作时，受对称循环应力,2齿面点蚀接触疲劳磨损,（2）接触应力(变应力)微小裂纹扩展表面被剥落形成细小的凹坑(麻点)报废（3）出现位置：齿根表面接近节线处（4）影响因素：齿面硬度，抗点蚀能力软齿面（HBS350）的闭式齿轮常见失效形式。,（1）齿面接触应力：0max0（脉动循环应力）,3齿面胶合(粘着磨损),(1)定义：高速重载齿轮传动，因齿面间压力大、相对滑动速度大，在啮合处摩擦发热多，产生瞬间高温，使油膜破裂，造成齿面金属直接接触并相互粘着，而后随齿面相对运动，又将粘接金属撕落，使齿面形成条状沟痕，产生齿面热胶合。,(2)解决办法：,提高齿面硬度，减小粗糙度；润滑：低速时，采用粘度大的润滑油高速时，采用抗胶合添加剂的润滑油,4齿面磨损,(1)磨粒磨损：开式齿轮现象：齿廓显著变形严重噪音和振动传动失效避免：采用闭式齿轮，减小粗糙度值，良好润滑。(2)跑合：新齿轮副粗糙度导致尖峰接触压强磨损速度、量，一定程度，摩擦面光滑，压强磨损速度。轻载：跑合是有利的，之后要进行清洗和更换润滑油。,5齿面塑性变性：,较软的轮齿，重载、低速、振动中产生。,11-2齿轮的材料及热处理,一、齿轮的材料,要求：外硬内韧、抗弯强度、耐磨性好,调质：220260HBS正火：比调质低表面淬火：5256HRC渗碳淬火：5662HRC渗氮：6062HRC,11-3齿轮传动的精度,1.GB/T10095-88：12个精度等级，112,常用69级2.精度等级选择:分三组：准确性、稳定性、载荷分布均匀性传动用途、使用条件、圆周速度、传动功率及性能指标等3.14种齿厚偏差,一、误差的形式齿形误差、齿距误差、齿向误差、轴向不平行度误差,二、误差的影响,1传递准确性：啮合传动一周内，实际转角理论转角2传动稳定性：瞬时传动比不恒定转速波动3载荷分布均匀性：齿向误差引起,三、齿轮的精度等级,11-4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,一、轮齿的受力分析,假定,集中载荷代替均布载荷设由一对齿承担略去摩擦力,齿轮1为主动齿轮2为从动,总作用力Fn(齿合点为公法线上)(1)作用点：Fn作用在齿宽中点的分度圆上。,Ft圆周力(相切于节圆)Fr径向力(沿半径方向指向齿面(轮心),(3)方向：,主动轮：Ft1与轮1转向相反Fr1由作用点指向轴心O1被动轮：Ft2与轮2转向相同Fr2由作用点指向轴O2,(2)大小,齿轮1,齿轮2,1.受力分析,2.计算载荷,（1）Fn名义载荷，理论上沿齿宽方向分布（2）计算载荷：由于原动机及工作机的性能、齿轮制造及安装误差、齿轮及其支撑件变形等因素的影响实际载荷名义载荷。,计算载荷=载荷系数名义载荷,故：强度计算按计算载荷计算，一般K=11.8（表11-3）,在计算齿轮传动的强度时，用载荷系数K对名义载荷进行修正，名义载荷与载荷系数的乘积称为计算载荷。,11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算,1齿面最大接触应力：为了简化计算，节点接触情况用一对轴线平行的圆柱体代替，最大接触应力位于接触区中线。利用赫兹(HHertz)公式：,闭式齿轮传动失效形式：齿面接触疲劳点蚀齿面接触强度轮齿弯曲疲劳折断轮齿弯曲强度,“+”：外啮合，“-”：内啮合,（1）综合曲率半径,点蚀多发生在节点附近只计算节点处的H,令齿数比：=d2/d1=Z2/Z1,则a=(d2d1)/2=d1(1)/2，得：,节点处的参数,（2）计算法向力：,（3）其它参数：一对钢制齿轮，E1=E2=2.06105MPa,1=2=0.3,=20,（4）,齿宽系数a=b/a，则得：,MPa,mm,11-5直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算,危险截面：齿根某处30切线法确定,假设：单对齿啮合,目的：防止折断,FncosF(弯曲),FnSinF压缩(略去),计算点：n作用在齿顶，轮齿为悬臂梁,危险截面的弯曲截面系数：W=bsF2/6,齿根危险截面的弯曲力矩：M=KFnhFcosF,1分析,2校核与设计,危险截面的弯曲应力：,令a=b/a，,代入较大者，m应大于1.5,F计算：F=Fllim/SF，图11-10双侧工作时，取0.7FllimSF:表11-4SFSH,(1),(2),例11-1:某两级圆柱齿轮减速器用电动机驱动,单向运转,载荷有中等冲击。高速级传动比i=3.7，高速轴转速n1=745r/min，传动功率P=17KW，采用软齿面，设计此高速级传动。,解:(1)选择材料、确定许用应力H、F小齿轮用40MnB调质，齿面硬度：260HBS（表11-1）大齿轮用ZG35SiMn调质，齿面硬度：225HBS（表11-1）查表Hlim1=700MPa,Hlim2=540MPa(图11-7c)，SH=1.1(表11-4)Flim1=240MPa,Flim2=180MPa(图11-7c)，SF=1.3(表11-4),(2)按齿面接触强度设计,表11-3：取载荷系数K=1.5，P165：取a=0.4小齿轮转距：T1=9.55106P/n1=9.5510617/745=2.18106Nmmu=i=z2/z1=3.7,齿数：取z1=32，z2=uz1=3.73.2=118,实际传动比i=3.69,按表4-1，取m=3mm,中心距：a=m(z1+z2)/2=3(332+118)/2=225齿宽：b=aa=0.4225=90mm取b2=90mm,b1=95mm（大一点）,a220mm,(3)齿轮的圆周速度,图11-9：齿形系数YF1=2.57,YF2=2.18,(3)验算轮齿弯曲强度,表11-2：取8级精度即可。,10-7标准斜齿圆柱齿轮传动,1.旋向:左、右旋的判断(-分度圆柱上的螺旋角),右左,一、受力分析,2n的分解,t21d1rttgncosattg,3作用力的大小：,n,圆周力t径向力r轴向力a,轴向力a的判断:主动轮的左、右手定则,4方向,t与r的判断与直齿轮相同,二强度计算,轮齿弯曲强度,(1)校核公式,(2)设计公式,Pa,mm,斜齿轮传动设计计算说明,(1)初选螺旋角:一般=1215(2)齿形系数由当量齿数zv取得图11-9(3)法面模数n取标准取值(4)几何尺寸计算：中心距a取整数修正角计算直径、齿宽,11-8标准直齿圆锥齿轮传动,一、轮齿的受力分析,1.n的分解：同斜齿轮2.作用力的大小,t21m1rttgcos1attgsin1a由小端指向大端,标准值大端参数设计计算齿宽中点处当量齿轮,Z1,b,1,二、齿根弯曲疲劳强度计算,三、齿面接触疲劳强度计算,11-9齿轮的构造,齿轮结构设计主要确定齿轮的轮缘、轮毂及腹板（轮辐）的结构形式和尺寸大小。齿轮结构形式有以下四种:,1.齿轮轴齿轮的齿根圆到键槽底面的距离e很小，为保证轮毂键槽足够的强度，应将齿轮与轴作成一体，形成齿轮轴。,2.实心齿轮,3.辐板式齿轮,4.轮辐式齿轮,对于齿轮直径da500mm时，采用轮辐式结构。多为铸造齿轮。轮辐剖面形状可以采用椭圆形（轻载）、十字形（中载）、及工字形（重载）等。,11-10齿轮传动的润滑和效率,一、齿轮传动的润滑具有特殊性(1)轮齿形成油楔的条件差；(2)啮合齿面间压力大，而且相对滑动的大小和方向变化大，齿轮常处于边界润滑和混合润滑状态；(3)每次啮合都要重新建立油膜，润滑是断续的；(4)载荷大，摩擦热也大，易使油温上升，加速油膜的破坏(5)齿轮的材料、热处理、加工和装配精度及齿面粗糙度等影响因素。因此，齿轮传动的合理润滑设计是十分重要的。,1润滑油的种类用于一般闭式齿轮传动的润滑油分为三种：L-CKB抗氧防锈型工业齿轮油L-CKC中载荷工业齿轮油L-CKD重载荷工业齿轮油用于开式齿轮传动的为开式工业齿轮油及润滑脂。,二、润滑油的种类及选择,(1)根据齿面接触应力、齿轮状况和使用工况选择(2)根据润滑油的粘度从手册中选取。,2润滑油的选择,三、润滑方式的选择,1油池润滑闭式齿轮传动的润滑方式取决于齿轮的圆周速度v。当v12m/s时，常采用油池润滑，即大齿轮浸入油池中，靠大齿轮转动将油带入啮合区进行润滑。,浸油深度当v较小时，齿轮半径的1/6；当v较大时，约为一个齿高。,2循环喷油润滑,当v12m/s时，由于离心力较大，靠大齿轮难以将油池中的油带入啮合区；一般用0.51.0105Pa的压力把油喷入啮合区。当v60m/s，还起冷却作用。,对于载荷不大的场合，还可以采用油雾润滑。,3开式