机械工程学院机械设计系课件

1、Thursday, October 13, 2022机 械 原理及设计（）第十章 齿轮传动Tuesday, October 11, 2022机 械 原第十章 齿轮传动10-1 概述10-2 齿轮传动的失效形式和设计准则10-3 齿轮材料及热处理10-4 直齿圆柱齿轮传动的载荷计算10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算10-6 直齿圆柱齿轮传动的主要参数选择和精度选择10-8 标准圆锥齿轮传动的强度计算10-9 齿轮结构设计10-10 齿轮传动的润滑第十章 齿轮传动10-1 概述10-2 齿轮传动的一工作特点1工作可靠，寿命长2承载能力高 ：数万千瓦3传

2、动比i稳定：定传动比传动4结构紧凑5传动效率高6制造、安装、检验要求高10-1概述一工作特点1工作可靠，寿命长2承载能力高 ：数万千瓦32按齿线形状分直齿、斜齿、曲线齿(人字齿)3按材料硬度分二分类1按润滑状况分(1)开式传动(2)半开式传动(3)闭式传动硬齿面350HB(或38HRC)软齿面350HB(或38HRC)2按齿线形状分直齿、斜齿、曲线齿(人字齿)3按材料硬度分机械工程学院机械设计系课件机械工程学院机械设计系课件机械工程学院机械设计系课件一失效形式1轮齿折断原因：疲劳折断：F为变应力，应力集中。过载折断：过载冲击或齿厚变薄。全齿折断局部折断F现象：沿齿根部折断 有两种形式10-2

3、齿轮传动的失效形式和设计准则一失效形式1轮齿折断原因：疲劳折断：F为变应力，应力 F为何种变应力？（考虑齿轮是否是惰轮）措施：1用大圆角及消除加工刀痕、提高表面质量 来减小应力集中， 2使轮齿受载均匀，防止过载。 3合理的热处理措施， 4采用表层强化方法。问题 F为何种变应力？（考虑齿轮是否是惰轮）措施：1用大圆角2齿面接触疲劳(点蚀)闭式中多见原因： H为脉动循环变应力。有两种现象收敛性点蚀扩展性点蚀措施：提高表面硬度，提高表面质量，合适润滑措施，使用粘度合适的润滑油 H为何种变应力？如何分析？ 点蚀为什么首先发生在节线附近的齿根面上？现象：靠近节线的齿根面产生麻点、麻坑。问题2齿面接触疲劳

4、(点蚀)闭式中多见原因： H为脉动循环3齿面胶合闭式中多见现象：沿轮齿面滑动方向形成沟痕，甚至咬死措施：提高表面硬度，提高表面质量，加强润滑措施，加入极压添加剂，采用抗胶合的润滑油。原因： 高速重载下，热胶合 低速重载下，冷胶合3齿面胶合闭式中多见现象：沿轮齿面滑动方向形成沟痕，甚4齿面磨损开式中多见原因： 跑合磨损（有益） 磨粒磨损（有害）现象：失去渐开线齿形，齿侧变大， 严重时折断。措施：提高表面硬度， 提高表面质量， 保持润滑油清洁， 将开式传动改为闭式传动。4齿面磨损开式中多见原因： 跑合磨损（有益）现象：失a齿面塑性变形：滚压塑变、锤击塑变原因：塑性流动现象：失去渐开线齿形主动轮上：

5、节线处下凹从动轮上：节线处上凸5塑性变形：齿面或齿体塑性变形滚压塑变措施：提高表面硬度， 提高表面质量， 使用粘度合适的润滑油， 加入极压添加剂。a齿面塑性变形：滚压塑变、锤击塑变原因：塑性流动现象：5齿面滚压塑变流动时，为什么主动轮上发生节线处下凹，从动轮上发生节线处上凸？（摩擦力方向改变）开式：折断，磨损闭式：折断，点蚀，胶合锤击塑变：过大的冲击而在齿面产生的沿接 触线方向的浅的沟槽。b齿体塑性变形（略）问题总结齿面滚压塑变流动时，开式：折断，磨损锤击塑变：过大的冲击机械工程学院机械设计系课件机械工程学院机械设计系课件机械工程学院机械设计系课件机械工程学院机械设计系课件机械工程学院机械设计

6、系课件二设计准则FF 弯曲疲劳强度HH齿面接触疲劳强度1开式传动FF 防折断增加(10%20%)m(模数)来补偿因磨损引起的强度不足（防磨损定性计算）。2闭式传动FF 防折断HH防点蚀二设计准则FF 弯曲疲劳强度HH齿两个问题： F ? H =? F ? H =?一对齿轮材料的要求“外硬”齿面要硬 抗点蚀、抗磨损、 抗胶合、抗塑性流动“内韧”齿芯要韧抗折断10-3齿轮材料及热处理两个问题：一对齿轮材料的要求“外硬”齿面要硬 二常用材料及热处理1钢(1)锻钢软齿面(350HB)如：45，40Cr正火或调质 热处理切齿7级或8级）硬齿面(350HB)如：45，40Cr淬火20Cr20CrMnTi渗

7、碳淬火齿面硬化处理精加工（4级或5级）(2)铸钢如：ZG310570（常化处理）2铸铁如：HT200HT350、QT500-5等3非金属材料 如：夹布胶木、尼龙二常用材料及热处理1钢(1)锻钢软齿面(350HB)三齿面硬度匹配1软齿面传动时： HB小=HB大+(3050) HB小 HB大对大齿轮冷作硬化2硬齿面传动时： HB小HB大三齿面硬度匹配1软齿面传动时：2硬齿面传动时： HBFn (法向力)Ft (圆周力)Fr (径向力)1力的大小(标准安装时：=20o)PFrFnFtFtFrFnr2r1一受力分析(不计摩擦力，取节点P)10-4 直齿圆柱齿轮传动的载荷计算Fn (法向力)Ft (圆周

8、力)Fr (径向力)1力2力的方向圆周力Ft：主动轮上：Ft1与运动方向相反(阻力) 从动轮上：Ft2与运动方向相同(驱动力)径向力Fr： Fr1、Fr2均指向各自轮心可见:为什么要进行受力分析？为什么要将Fn分解？若啮合点不在节点P时，其受力情况如何？问题2力的方向圆周力Ft：主动轮上：Ft1与运动方向相反(阻力二计算载荷Ftc=KFt式中：K载荷系数，且为KKAKvKK1使用系数KA：考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。二计算载荷式中：K载荷系数，且为1使用系数KA：考虑2动载系数Kv（齿轮啮合误差，即pb1pb2）制造安装误差a pb1 pb2降低Kv的方法：a 降低圆周速

9、度 b提高加工精度c采用齿顶修缘： pb1 pb2修主动轮啮合时受力变形2动载系数Kv（齿轮啮合误差，即pb1pb2）制造安装4齿向载荷分配系数K：齿宽方向分配降低K的方法合理的齿轮位置合理的齿宽提高齿轮轴、支承的刚度鼓形修整3齿间载荷分配系数K：多对齿间分配（分配并不均匀）4齿向载荷分配系数K：齿宽方向分配降低K的方法合理1理论依据危险截面：图示AB截面FncFncFnc假设：全部载荷均 作用于齿顶一齿根弯曲疲劳强度计算（防折断）10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算1理论依据危险截面：FncFncFnc假设：全部载荷均一2强度条件2强度条件强度条件校核式设计式z=z=25z=10强度条件

10、校核式设计式z=z=25z=10Z(、x)(YFa Ysa ) FYFa、Ysa与齿廓形状(如、Z、x)有关，而与齿的大小(m)无关。 T1、 Z1 、 d1均指小齿轮的，不能用T2、 Z2、 d2代替弯曲强度取决与m、b说明结论分析b齿宽Z1小齿轮上的转矩T1 小齿轮上的转矩d齿宽系数 d b/d1m模数：应取标准值m(1.52)mmF齿轮许用弯曲应力Z(、x)(YFa Ysa ) FYF二齿面接触疲劳强度计算（防点蚀）1理论依据：以节点为计算点r1N1ttP二齿面接触疲劳强度计算（防点蚀）1理论依据：以节点为计算机械工程学院机械设计系课件2强度条件r1N1ttP2强度条件r1N1ttP强度

11、条件校核式设计式说明接触强度取决于齿轮直径d1(或中心距a)和齿宽b强度条件校核式设计式说明接触强度取决于齿轮直径d1机械工程学院机械设计系课件三许用应力式中三许用应力式中对称循环的弯曲应力，其极限值为脉动循环时的极限应力的70%轮1、2、3的许用弯曲应力如何？123主动注意问题对称循环的弯曲应力，其极限值为轮1、2、3的许用弯曲应力如何四强度计算说明1弯曲强度公式校核式设计式四强度计算说明1弯曲强度公式校核式设计式机械工程学院机械设计系课件2接触强度公式2接触强度公式3设计方法（试算法）初选Kt(=1.21.4)求d1(或m)求V查K(KvKK)修正d1(或m)3设计方法（试算法）初选Kt(

12、=1.21.4)求d1(一主要参数选择1压力角：规定标准压力角 =20o(YFaYSa)F弯曲强度ZHH接触强度2齿数z和模数mz(m)重合度运转平稳h减少切削用量节省材料滑动系数减少磨损和胶合F弯曲强度10-6直齿圆柱齿轮传动的主要参数选择和精度选择一主要参数选择1压力角：规定标准压力角 =20o闭式宜选齿数多些，以增加传动平稳性，一般z1=2040开式宜选齿数少些，以增加抗磨损，抗折断能力，一般z=1720（模数m增大，齿厚增大）模数m对弯曲强度如何影响？对接触强度又如何？3齿宽系数dd大b(=dd1)承载能力d过大bK d应合理b= d d1（圆整）b1=b+(510)mmb2=b问题闭

13、式宜选齿数多些，以增加传动平稳性，一般z1=2040开二精度选择精度等级 112精度高低三种精度：运动精度(第组公差)工作平稳性精度(第组公差)接触精度(第组公差)齿侧间隙偏差：CS14种例：766GMGB17983上偏差下偏差组组组二精度选择精度等级 112精度高FnFrFFtFa(轴向力)一受力分析 （不计摩擦力）10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的 强度计算FnFrFFtFa(轴向力)一受力分析10-7标准斜机械工程学院机械设计系课件其中1力的大小其中1力的大小2力的方向旋向 ：主动轮：左（右） 从动轮：右（左）Ft(同直齿轮)Fr(同直齿轮)Fa主动轮左右手法则从动轮左右手法则只适用于主动轮

14、，应判断主动轮作用力的位置应在啮合点处。注意2力的方向旋向 ：主动轮：左（右）Ft(同直齿轮)Fr(同如图，标出各分力方向例题Fr1Fr2Fa1Fa2Ft1Ft2O1O2主动N1Ft2Ft1N1如图，标出各分力方向例题Fr1Fr2Fa1Fa2Ft1Ft2二强度计算特点：1按当量直齿圆柱齿轮计算:法向齿形ZV2接触线为倾斜的：接触线长弯曲：计入螺旋角系数Y(1)二者取小者3重合度大直齿轮 斜齿轮 r=+接触：二强度计算特点：1按当量直齿圆柱齿轮计算:法向齿形ZV2三强度计算公式1弯曲强度计算公式三强度计算公式1弯曲强度计算公式式中：式中：2接触强度公式2接触强度公式四小结斜齿轮比直齿轮强度高，传

15、动平稳，常置于高速级斜齿轮几何参数与直齿轮不同之处：四小结斜齿轮比直齿轮强度高，传动平稳，斜齿轮几何参数与直齿一受力分析（不计摩擦力）FnFtFFrFa10-8标准圆锥齿轮传动的强度计算一受力分析（不计摩擦力）FnFtFFrFa10-8标机械工程学院机械设计系课件1力的大小1力的大小2力的方向Fa ：均沿各自轴线方向指向大端FtFr同直齿轮作用力与反作用力关系2力的方向Fa ：均沿各自轴线方向指向大端FtFr同直齿轮如图画出各齿轮上的分力方向例题N112Ft1Fr1Fr2Ft2Fa2Fa1如图画出各齿轮上的分力方向例题N112Ft1Fr1Fr2Ft二强度计算：按平均分度圆处的当量圆柱齿轮计算1弯曲强度计算公式二强度计算：按平均分度圆处的当量圆柱齿轮计算1弯曲强度计式中：式中：2接触强度公式三小结大锥齿轮加工困难，常放于高速级2接触强度公式三小结大锥齿轮加工困难，常放于高速