江苏大学机械设计课件10齿轮传动

1、课件,1,2020年8月22日,机 械 原理及设计（）,第十章 齿轮传动,课件,2,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,课件,3,一工作特点,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,

2、10-1概述,课件,4,2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,课件,5,课件,6,课件,7,课件,8,一失效形式,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 齿轮传动的失效形式和设计准则,课件,9,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,课件,10,2齿面接触疲劳(点蚀)闭式中多见,原因： H为脉动循

3、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,课件,11,3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,课件,12,4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

4、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。,课件,13,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：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。,课件,14,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,课件,15,课件,16,课件

5、,17,课件,18,课件,19,课件,20,二设计准则,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,课件,21,两个问题： 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,课件,22,二常用材料及热处理,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 20C

6、r20CrMnTi渗碳淬火 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,课件,23,三齿面硬度匹配,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,课件,24,1力的大小 (标准安装时：=20o),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,课件,25,2力的方向,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,课件,26,二计算载荷,Ftc

7、=KFt,式中：K载荷系数，且为 KKAKvKK,1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。,课件,27,2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,课件,28,4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）,课件,29,1理论依据,危险截面： 图示AB截面,假设：全部载荷均 作用于齿顶,一齿根弯曲疲劳强度计

8、算（防折断）,10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,课件,30,2强度条件,课件,31,强度条件,课件,32,Z(、x)(YFa Ysa ) F,YFa、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/d1 m模数：应取标准值m(1.52)mm F齿轮许用弯曲应力,课件,33,二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,课件,34,课件,35,2强度条件,课件,36,强度条件,说

9、明,接触强度取决于齿轮直径d1 (或中心距a)和齿宽b,课件,37,课件,38,三许用应力,课件,39,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？,注意,问题,课件,40,四强度计算说明,1弯曲强度公式,课件,41,课件,42,2接触强度公式,课件,43,3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),课件,44,一主要参数选择,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m,z(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

10、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,课件,45,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d,d大b(=dd1)承载能力 d过大bK d应合理,b= d d1（圆整）,问题,课件,46,二精度选择,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,课件,47,一受力分析 （不计摩擦力）,10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的 强度计算,课件,48,课件,49,1力的大小,课件,50,2力的方向,旋向 ：主动轮：左（右） 从动轮：右（左）,左右手法则只适用于主动轮，应判断主动轮 作用力的位置应在啮

11、合点处。,注意,课件,51,如图，标出各分力方向,例题,课件,52,二强度计算特点：,1按当量直齿圆柱齿轮计算:法向齿形ZV,2接触线为倾斜的：接触线长,弯曲：计入螺旋角系数Y(1),3重合度大,直齿轮 斜齿轮 r=+,接触：,课件,53,三强度计算公式,1弯曲强度计算公式,课件,54,课件,55,2接触强度公式,课件,56,四小结,斜齿轮比直齿轮强度高，传动平稳， 常置于高速级,斜齿轮几何参数与直齿轮不同之处：,课件,57,一受力分析（不计摩擦力）,10-8标准圆锥齿轮传动的强度计算,课件,58,课件,59,1力的大小,课件,60,2力的方向,Fa ：均沿各自轴线方向指向大端,作用力与反作用力关系,课件,61,如图画出各齿轮上的分力方向,例题,课件,62,二强度计算：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