齿轮的设计计算.ppt

1、a，1，第5章齿轮传动，a，2，内容介绍：本章介绍基于装载能力计算的齿轮设计方法。 设计的基本内容是确定齿轮的基本参数和主要几何尺寸的方法。 围绕这些内容讨论的主要问题有齿轮精度等级的选择齿轮的主要故障形式和计算基准齿轮的常用材料及选择方法齿轮的负荷计算齿面接触疲劳强度的故障和齿底弯曲疲劳强度故障的齿轮负荷能力的计算方法等。 掌握齿轮材料的选定和热处理方式的常识2 )齿轮传递应力类型和变化特性、故障形式、故障部位、发生机理和一般对策。 掌握适当的设计标准3 )了解载荷系数的物理意义及其影响因素4 )掌握齿轮传动的受力分析的方法(包括假定条件、力作用点、各力的大小、方向)5)正齿轮圆柱齿轮传动的

2、齿面接触疲劳强度和齿底弯曲疲劳强度的计算方法(包括力的计算点的确定方法及其依据)和斜齿轮圆柱齿轮传动强度、a、4、本章重点齿轮的故障形式和计算标准、齿轮的受力分析和计算载荷、直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算、牙根弯曲疲劳强度计算是本章的重点学习内容。 要求明确以下具体问题：1)齿轮传动的故障形式和计算标准2 )齿轮传动的受力分析3 )参数d、z1、m、等选择原则4 )与圆柱齿轮传动强度计算公式中各参数的物理意义相互关系。 a、5、第一节概要根据第二节齿轮的故障形态和计算基准根据选择第三节齿轮材料和第四节圆柱齿轮传动的载荷计算第五节正齿轮圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度，a， 6第6节正齿圆

3、柱齿轮传动的齿底的弯曲疲劳强度第7节正齿圆柱齿轮传动的静强度计算第8节正齿圆柱齿轮传动的强度计算第9节正齿伞齿轮传动第10节齿轮传动的效率和润滑、a、7、第1节概要、a、8、概要， 学习要求： 理解齿轮设计应该解决的基本问题掌握齿轮设计中的动作条件和按齿面硬度分类的方法了解齿数比I和齿数比u的差异和联系了解齿数系数的意义了解齿轮精度等级的概念。 齿轮传动设计中的基本问题有工作条件和齿面硬度的齿轮分类齿轮传动的主要参数齿轮精度等级的选择、a、9、概要、齿轮传动设计中的基本问题齿轮传动的类型很多，虽然用途不同，但由于运动和动力传递的要求， 各齿轮传动必须解决两个基本问题：传动平稳是通过使瞬时齿数比

4、保持一定，尽可能减少齿轮啮合时的冲击、振动和噪音。 充分的负荷能力，是在尺寸和质量小的前提下，为了保证正常使用所需的强度、耐磨损性等要求。 在预定的使用期限内不能无效。 关于传动稳定的问题，关于齿轮啮合原理的许多内容在第8章中进行了比较详细的研究。 本章叙述了a、10、概要，重点探讨齿轮传递负荷能力的问题。 因此，重点介绍了齿轮的故障形式和计算标准、齿轮常用材料及其选择、受力分析和载荷计算、齿轮传递的强度计算方法等，并在此基础上解决设计中如何确定齿轮传递的基本参数和主要尺寸。 目前，考虑到中国工业齿轮以渐开线齿形为主，本章讨论的问题范围仅限于渐开线齿轮传动。 按工作条件和齿面硬度进行齿轮分类：

5、在齿轮传动设计中，负荷能力的计算是针对有齿轮的故障形式进行的，齿轮的故障形式还与工作、a、11、概要、工作条件和齿面硬度等要素密切相关。如果齿轮在密封的润滑好的空间工作，不与放置机器的外部环境接触，空气中的粉尘就不能侵入齿轮的啮合齿面，很难想象齿轮也不会发生齿面的磨粒磨损。 相反，如果齿轮暴露在大气环境中，机器所在环境的空气中的粉尘直接侵入齿轮的啮合齿面，则齿面磨损的发生也是不可避免的。 以上例子显示了齿轮的齿的故障形态与齿轮的动作条件有关。 对于机械所在的环境，一般将在封闭空间工作(与环境隔离)的齿轮传动称为封闭式齿轮传动，否则称为开放式齿轮传动。 齿面的负荷能力与齿面硬度有关，硬度越高，可

6、以理解其负荷能力、a、12、概要、力也越高。 根据齿面硬度的大小，齿轮传递通常可以分为硬齿面齿轮传递和软齿面齿轮传递两种。 一对啮合齿轮的齿面硬度超过350HBS者，称为硬齿面齿轮传动，否则，称为软齿面齿轮传动。 因此，齿轮传动可分为工作条件和齿面硬度：闭式齿轮传动是工作条件下齿轮传动的软齿面(硬度350hbs )齿轮传动是齿面硬度且齿面硬度硬的齿面(硬度 350 HBS )齿轮传动，a，13，概要，齿轮传动的主要参数1 .模块圆柱齿轮的标准模块m系列如表8-1所示。 2 .齿轮比I和齿轮比u在一对齿轮中可以表示为主动轮转速n、齿轮数z，从动轮转速、齿轮数可以表示为齿轮比i=(18-1 )，但

7、如果将小齿轮的齿轮数设为大齿轮的齿轮数，则齿轮比u为u=1 (18-2 )、a、14、 3 .中心距离a中心距离a是圆柱齿轮传动的特征尺寸，也是最重要的几何参数之一。 在设计中，值应整洁、简单，不含小数。 大量生产时，推荐中心距离在表18-1中选定。 因为用单体或小批量生产不限定于此，所以建议参照标 准尺寸GB/T28221981的数字系，或者尾数取0、5、2、8的整数。 4 .齿宽b和齿宽系数的齿宽b和小齿轮的分度圆直径之比，称为齿宽系数，=(18-3 )，a，15，概况，齿宽系数反映齿轮宽和径向尺寸的比例关系。 的值的大小直接影响齿轮传动的布局和传动质量，也是齿轮设计的重要参数之一。 根据

8、式(18-3 )，齿宽b可以表示为b=d (18-4 )，在使用式(18-4 )计算齿宽b时，可能包括小数部分，通常应舍入为整数。 关于圆筒齿轮传动(人字齿轮除外)，通常应该使小齿轮齿宽b比大齿轮齿宽b宽510mm，一般设为b=b (圆整数) b=b (510)mm，a、16。 这是因为减少了对安装的要求，保证大齿轮在其齿宽整体上能参加啮合，不减少齿轮的有效齿宽。 齿轮精度等级的选择为渐开线圆柱齿轮和伞齿轮精度标准(GB/T 10095.12001和GB/T 10095.22001 )，圆柱齿轮和伞齿轮分别规定了12个精度等级，按照精度从高到低的顺序分别为1、2、12。 根据运动的正确性、传递

9、稳定性和载荷分布均匀性的要求，各精度等级的各公差按顺序分为三个组：第I公差组、第ii公差组和第iii公差组。 此外，还规定了牙膏公差、a、17、概要、齿轮对的齿隙和图案的显示等项目。 齿轮的精度等级必须根据传动的用途、使用条件、传动力、圆周速度等来决定。 表18-2表示各种精度等级齿轮的使用和加工方法等，请在选定精度等级时作为参考。 常用59级精度齿轮允许的最大圆周速度如表18- 3所示。、a、18、第二节齿轮的故障形式和计算标准、a、19、齿轮的故障形式和计算标准、学习要求掌握齿轮齿轮的一些常见故障形式和发生故障的条件掌握普通齿轮传动的设计标准齿轮的故障形式和计算标准，是齿轮传递能力计算的依

10、据和指导原则，是齿轮传递能力计算的灵魂齿轮故障形式齿轮传动的设计标准，a、20，齿轮故障形式和计算标准，齿轮故障形式正常时，齿轮故障集中在齿轮部位。 其主要故障形式为，齿轮的齿折断整体折断齿轮的齿折断的形态，部分折断疲劳齿轮折断的性质和损伤机制导致过载(静力)折断，a、21，齿轮的齿故障形式和计算标准，整体折断，一般发生在牙根部分折断，主要集中发生载荷，通常发生在齿轮齿的一端(图18-2a )。 如果齿轮制造的安装不良或轴的变形过大，载荷会集中在齿轮的一端，齿轮的一部分容易折断。 齿轮是长期使用的，由反复多次载荷引起的齿轮的齿折断称为疲劳折断，由超过暂时额定载荷(包括一次作用的尖峰载荷)引起的

11、齿轮的齿折断称为过载折断。 两者的损伤机制不同，切口形态不同，设计计算方法也不同。a、22、齿轮故障形式和计算标准，18-2、a、23、齿轮故障形式和计算标准，一般齿轮要有足够的模数，以避免齿轮折断。 其次，增加齿底过渡圆角半径，降低表面粗糙度值，进行齿面强化处理，减轻齿轮加工中的损伤，有助于提高齿轮对疲劳破坏的抵抗力。 另外，尽可能地消除负荷分布的偏差，在使齿轮的齿不局部折断方面是有利的。 为了避免齿轮的齿折断，一般要对齿轮的齿进行弯曲疲劳强度的计算。 根据需要，还应进行耐弯曲静强度的计算。 2 .当齿面孔吃齿轮的齿进行动作时，其动作齿面上的接触应力是根据时间而变化的脉动循环应力。 在齿面长

12、时间的该循环接触中，根据a、24、齿轮的故障形式和计算基准、应力，微小的金属有可能剥落而形成浅的孔(麻点)，这种现象被称为齿面孔腐蚀(图18-2b )。 齿面的点蚀多发生在润滑良好的闭式齿轮传动上。 在实践中，点蚀的部位多发生在齿轮齿节线附近靠近齿根的一侧。 这是因为，通常，该处只有一对齿轮齿啮合，接触应力高。 通过提高齿面硬度，降低齿面粗糙度的值，采用粘度高的润滑油和合理的位移等，可以提高齿面对疲劳点蚀的耐性。 为了防止牙面孔腐蚀，在闭式齿轮传动中，通常需要计算齿面接触疲劳强度。 a，25，齿轮的故障形式和计算标准，3 .齿面粘结在齿轮表面上，在一定的压力下直接接触固定，随着齿轮的相对运动，

13、会发生齿面金属剥落或转移的固定磨损现象(图18-2c )。 一般来说，粘合总是在重负荷条件下发生。 根据其形成条件，可以分为热粘合和冷粘合。 热粘合发生在高速、重负荷的齿轮传动上。 由于重载和较大的相对折动速度，在齿轮齿间产生局部的瞬间高温，油膜破裂，两接触齿面金属间产生局部的“焊接”而粘接。 冷粘在低速、重负荷的齿轮传动中发生。 齿面接触压力太大，直接油膜破裂而粘着。 a、26、齿轮的故障形式和计算标准，采用极压型润滑油，有助于提高齿面硬度、降低齿面粗糙度值、合理地选择齿轮参数进行位移等，提高齿轮的粘合力。 为了防止粘结，对于高速重负荷的齿轮传动，可以进行耐粘结负荷能力的计算。4 .齿面磨粒

14、的磨损若铁粉、粉尘等微粒进入齿轮的啮合部，则引起齿面的磨粒的磨损(图18-2d )。 闭式齿轮传动只要经常注意润滑油的更换和清扫，一般就不会发生磨粒的磨损。 开放齿轮传动，因为齿轮露出，主要的故障形态是磨粒磨损。 磨粒的磨损不仅会使齿轮齿失去正确的齿形，还会使齿厚变薄而引起磨齿。 与闭式齿轮传动不同，开放齿轮传动、a、27、齿轮的故障形式和计算标准被认为不发生齿面腐蚀现象。 这是因为磨损速度快，齿面未达到点蚀的程度，其表层材料被打磨。 5 .在齿面塑性变形较重的情况下，由于摩擦力，齿轮有可能发生齿面塑性变形(也称为齿面塑性流动)，齿轮本来的正确齿形被破坏。 如图18-2e所示，在主、从动齿轮中

15、，齿面变形的表现形式根据齿面摩擦力的方向而不同。 对于主动齿轮，在节线附近形成有凹槽从动齿轮中，在节线附近形成有脊部。a、28、齿轮的故障形式和计算标准、齿轮传动的计算标准闭式传动闭式传动的主要故障形式是齿面食和齿轮的弯曲疲劳折断。 采用软齿面(齿面硬度350HBS )时，齿面接触疲劳强度相对较低。 因此，一般根据齿面接触疲劳强度条件，计算齿轮的分度圆直径及其主要的几何参数(例如中心距离、齿宽等)，来校正齿轮的耐弯曲疲劳强度。 采用硬齿面(齿面硬度 350HBS )时，首先根据齿轮的耐弯曲疲劳强度条件，确定齿轮的模数和主要几何参数，然后验证齿面接触疲劳强度。a、29、齿轮的故障形式和计算标准、

16、开放传动的主要故障形式是齿面磨粒磨损和齿轮的弯曲疲劳折断。 目前还没有完全计算齿面磨粒磨损的方法，所以通常只进行弯曲疲劳强度的计算，采用适当增大模块的方法来考虑磨粒磨损的影响。a、30、齿轮故障形式和计算标准、a、31、第三节齿轮材料及其选择、a、32、齿轮材料及其选择、学习要求了解钢和铸铁等齿轮材料的选定方法和钢制齿轮的热处理方式的常识理解试验齿轮的接触疲劳极限和试验齿轮的齿底弯曲疲劳极限的概念。 齿轮常用材料是钢，其次是铸铁，有时也采用铜、塑料等有色金属材料和非金属材料。 齿轮常用钢及其热处理齿轮常用铸铁齿轮材料的选择试验齿轮的接触疲劳极限试验齿轮的齿底弯曲疲劳极限、a、33、齿轮材料及其选择，齿轮常用钢及其热处理由齿轮的故障形式可知，齿轮的工作表面应具有较高的耐腐蚀、耐磨损、耐粘结和耐塑性变形能力因此，一般理想的齿轮材料必须具有齿面硬、齿心强韧的特征。 在这一点上，钢通过适当的热处理可以获得满意的效果，所以通常齿轮材料是理想的。 齿轮用钢分为碳结构钢、合金结构钢或变形钢、铸钢等。 变形钢通常用锻造成形法制作坯体。 坯料经过锻造加工后，可以改善材料的性能，提高零件的强度。 对于直径大、形状复杂、重要的齿轮，一般都采用铸钢，可以用铸造成形来制作空白。 齿轮常用钢及其力学性能如表18-4所示。a、34