第5章 齿轮传动.ppt

1、第5章 齿轮传动,齿轮传动的分类：,按工作条件,按齿面硬度,闭式传动：封闭在刚性箱体内,开式传动：齿轮外露的,硬齿面,软面齿轮,5-1 齿轮传动的失效形式和齿轮材料,一、齿轮传动的失效形式,1.轮齿折断,疲劳折断,过载折断,2.齿面疲劳点蚀,3.齿面胶合,4.齿面磨粒磨损,5.齿面塑性变形,齿轮传动的失效形式,重载，较软齿面产生的塑性变形。,齿轮传动的失效形式,二、齿轮材料,1.锻钢,软面齿轮（HB350）常用35，45，40Cr，35SiMn等,选小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出3050HB,注意,软面齿轮常用于对强度，硬度和精度无过高要求的一般机械中。,2.铸钢,当齿轮结构复杂或直径大于

2、400mm以上可用铸钢。,3.铸铁,主要用于开式、低速、轻载、无冲击以及尺寸较大的齿轮传动。,硬面齿轮（HB350）常用20Cr，20CrMnTi,45,40Cr等。 表面进行淬火处理，切齿后要进行最后热处理。,硬面齿轮多用于高速、重载、要求尺寸和质量小的机械中。,三、齿轮材料常用热处理,1.表面淬火,一般用于中碳钢和中碳合金钢。如:45钢、40Cr钢等。齿面硬度 可达52-56HRS，具有一定的韧性，可承受一定的冲击载荷。,2.渗碳淬火,3.调质,消除内应力、细化晶粒、改善力学性能。机械强度要求不高的齿轮 可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。,用于低碳钢和低合金钢。耐磨性好。常

3、用于受冲击载荷的重要 齿轮传动。,用于中碳钢和中合金钢。如:45钢、40Cr、35SiMn钢等。齿面硬度 可达220-286HRS，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。,4.正火,一般：调质和正火两种处理后的齿轮为软齿轮；其他为硬齿轮。,5-2 齿轮传动的精度选择,定义：控制齿轮制造和齿轮安装时的误差称为齿轮精度。,一、齿轮精度的定义,二、误差对齿轮传动的影响,制造时,安装时,齿形误差,齿距误差,齿向误差,两轴线不平行,传动运动的准确性,传动的平稳性,载荷分布的均匀性,三、齿轮传动精度的选择,1.国家标准对各类齿轮精度作了规定，精度等级 由高到低依次为112级。,2.对于一般用途的齿轮，其精度常在

4、6-9级范围内选取。,三、齿轮传动精度的选择,5-3 直齿圆柱齿轮传动的强度计算,一、轮齿的受力分析和计算载荷,1.受力分析,一对外啮合的直齿圆柱齿轮，忽略齿面间的摩擦,一、轮齿的受力分析和计算载荷,各力的大小为：,切向力。主动轮时与转速相反； 从动轮时与转速相同。 轴向力。方向指向轴心。 法向力。 功率。KW 转速。r/min,注意力的方向,一、轮齿的受力分析和计算载荷,2.计算载荷与载荷系数,在传动中，实际载荷大于名义载荷，引入计算载荷,K载荷系数。粗略计算时K=1.22；,直齿圆柱齿轮传动的强度计算有两种类型：,齿面接触疲劳强度,齿根弯曲疲劳强度,实际载荷 不均匀,二、齿面接触疲劳强度计

5、算,1.强度条件,2.齿面接触疲劳强度校核公式,令：,称为弹性系数。,二、齿面接触疲劳强度计算,齿面接触疲劳强度校核公式：,3.齿面接触疲劳强度设计公式：,令：,称为区域系数。,令：,齿宽系数,一对钢制标准齿轮传动,二、齿面接触疲劳强度计算,= 20ZH=2.5 =0.3 ZE=189.8,齿轮有效 接触宽度,齿宽系数,表11-4,二、齿面接触疲劳强度计算,齿宽系数,轻型减速器取0.20.4，中型减速器取：0.40.6； 重型减速器取0.8；特殊情况取11.2。,公式讨论,齿宽b：小齿轮：b1=b+（510）mm，而大齿轮齿宽b2=b,许用接触疲劳强度,、 分别见书中表11-1和表11-5。,

6、传动比,三、齿根弯曲疲劳强度计算,1.强度条件,2.齿根弯曲疲劳强度校核公式,3.齿根弯曲疲劳强度设计公式,齿形系数,齿根修正系数,YF复合齿形系数。设计齿轮传动时,公式讨论,三、齿根弯曲疲劳强度计算,Z1小齿轮的齿数。,m齿轮模数。,许用应力,单向运转时：许用应力按上式计算。,双向运转时：,、 分别见书中表11-1和表11-5。,四、参数选择,齿数和模数,闭式软齿面齿轮，以齿数多一些为好，可取为z1=2040。 闭式硬齿面传动，小齿轮不宜选用过多的齿数，可取z1=1720,2.齿宽系数,表 齿宽系数,3.传动比,一对齿轮的传动比不易过大，否则增加传动装置的结构尺寸。 一般直齿圆柱齿轮的传动比

7、:,四、参数选择,五、齿轮传动的设计准则,一般用途的齿轮传动： 按齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度设计计算,闭式软面齿轮： 按接触疲劳强度进行设计，然后再进行弯曲疲劳强度校核,闭式硬面齿轮： 按弯曲疲劳强度进行设计，然后再进行接触疲劳强度校核,开式齿轮传动： 按弯曲疲劳强度进行设计，然后再进行接触疲劳强度校核,但,例 题1,设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动。 已知：传动功率p=10Kw，输入轴转速n1=750r/min，i=4， 单向运转，载荷平稳。,解：,减速器对传动尺寸无特殊要求。可采用软齿面齿轮传动。 小齿轮选用45钢调质，齿面平均硬度240HBS。 大齿轮选用45钢正火，齿面

8、平均硬度200HBS 。,闭式软面齿轮传动，按接触疲劳强度设计，再按弯曲疲劳强度校核,1.按齿面接触疲劳强度设计,许用应力,取,计算小齿轮分度圆直径,例 题(续),设齿轮按8级精度制造。取载荷系数k=1.4，齿宽系数,例 题(续),2.确定几何尺寸,取小齿轮齿数Z1=37，因此，Z2=iZ1=148,查表，取标准模数m=3mm,取:,例 题(续),3.校核齿根弯曲强度,许用应力,验算齿根弯曲强度,齿形系数YFa1=2.47，YF2=2.18，Ysa1=1.68， Ysa2=1.83,齿根弯曲强度合格。,例 题(续),3.验算齿轮的圆周速度,对照表可知，选8级精度是合适的。,5-4 平行轴斜齿轮

9、机构,一、齿廓曲面的形成及啮合特点,1.齿廓的形成,称为基圆柱上的螺旋角。,斜齿圆柱齿轮 齿廓的形成,2.啮合特点：,5-4 平行轴斜齿轮机构,逐渐进入啮合，逐渐退出啮合。 工作平稳和噪声小，承载能力大。 适合高速、大功率的场合。但会产生轴向力。,二、斜齿圆柱齿轮传动的几何参数,1.模数和压力角,法面模数,和端面模数,法面：垂直于分度圆柱上的螺旋线的平面。,国家标准规定：法向尺寸为标准值：,2.正确啮合条件,重合度:,斜圆柱齿轮啮合时，正确的啮合条件是:,二、斜齿圆柱齿轮传动的几何参数,3.几何尺寸计算,齿顶高：,顶隙：,齿根高：,齿高：,分度圆直径：,顶圆直径：,根圆直径：,中心距：,其中：

10、,其中：,4.当量齿数和最少齿数,当量齿轮的定义：,长轴：,短轴：,椭圆上C点的曲率半径：,以为半径，以mn 和n作一假想圆柱齿轮。 该假想的圆柱齿轮为此斜齿圆柱齿轮的当量齿轮,当量齿数 ：,最少齿数 ：,4.当量齿数和最少齿数,5-5 平行轴斜齿圆柱齿轮的传动,一、斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,1.受力分析,5-5 平行轴斜齿圆柱齿轮的传动,一、斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,1.受力分析,切向力：,径向力：,轴向力：,各力的方向：,切向力：主动轮与齿轮转动方向相反。从动轮与转动方向相同。 径向力：主、从动轮均指向齿轮转动中心。 轴向力: 主动轮按左右手法则。从动轮的轴向力与主动轮相反。,注意,5

11、-5 平行轴斜齿圆柱齿轮的传动,2.斜齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算,ZE材料弹性系数。由表11-4查取。,ZH节点区域系数。标准齿轮ZH=2.5,螺旋角系数。,一般：,5-5 平行轴斜齿圆柱齿轮的传动,2.一对钢制标准斜齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算,通常取820，人字齿轮取2745。,求出中心距后，再按下式求：,钢对铸铁：259 铸铁对铸铁：228,5-5 平行轴斜齿圆柱齿轮的传动,3.斜齿圆柱齿轮传动轮齿弯曲强度计算,mn为法向模数，YFa、 Ysa为系数，应根据 选取。,例题1,现有一标准斜齿圆柱齿轮传动。,已知：,传动功率,主动轮转速,转动方向和螺旋线方向如图，忽略齿面间的摩擦。,求

12、：计算并图示作用在从动轮上的各分力。,例题（续）,解：,1计算小齿轮的载荷和分度圆直径,2计算从动轮的受力,例题2,已知：,传动功率,高速级转速,设计：一两级减速器中的斜齿圆柱齿轮传动。要求结构紧凑。,高速级传动比i=3.3，,。用电动机驱动，长期工作，,双向运转载荷，有中等冲击。,解：小齿轮选20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度60HRC。 大齿轮选20Cr渗碳淬火，齿面硬度56HRC。,这是一个闭式硬面齿轮传动。故按弯曲疲劳强度设计。,例题（续）,1.按齿根弯曲疲劳强度设计,齿轮按8级精度制造。取载荷系数k=1.3，齿宽系数,初选螺旋角,齿数：取小齿轮 则大齿轮 实际传动比,例题（续）,当量

13、齿数,查得齿形系数：,法向模数：,取模数标准值 mn=3,例题（续）,中心距,取中心距: a=130mm,螺旋角与假设接近。,齿宽：,取：,齿轮分度圆直径：,例题（续）,2.验算齿面接触疲劳强度,强度合格。,3.验算齿轮圆周速度。,对照表可知，选8级精度是合适的。,5-6 圆锥齿轮机构,一、基本参数和几何尺寸,圆锥齿轮机构的用途,用于传递相交轴之间的运动和动力。,2.圆锥齿的类型,直齿 斜齿 曲齿,水下管汇连接器,锁紧机构设计,科研实例,3.圆锥齿轮的基本参数,基圆锥： 分度圆锥d 齿顶圆锥da 齿根圆锥df 锥距R,4.圆锥齿轮传动比,模数：国家标准规定，以锥齿大端分度圆上的模数为标准值。,

14、传动比：,的指向：同时指向或同时背离两锥交线。,压力角：大端分度圆上的压力角为标准值。一般,二、齿廓的形成和当量齿数,直齿圆锥齿轮的齿廓的形成,过中心O的平面在基圆锥上做纯滚动，其任意半径OK展开 过程留下的轨迹 。,锥齿轮的齿廓曲线为球面渐开线。,2.背锥,二、齿廓的形成和当量齿数,过圆锥齿轮大端分度圆上一点C做球面的切线O2C，以O2C为母线形成的锥体为背锥 。,3.当量齿数,取大锥大端模数为模数，,圆锥齿轮的当量齿数,不发生根切,3.直齿圆锥齿轮正确啮合条件,圆锥齿轮传动,4.直齿圆锥齿轮几何尺寸计算,（教材P70表4-5）,5-7 直齿圆锥齿轮传动,一、直齿圆锥齿轮受力分析,方向：,切

15、向力：主动轮与转速相反，从动轮与转速相同。,径向力：指向锥的轴心。,轴向力：由锥的小端指向锥的大端。,小锥齿轮分度圆在 齿宽中点处的平均直径,3.主动与从动直齿圆锥齿轮作用力之间的关系,5-7 直齿圆锥齿轮传动,当直齿锥齿轮相交两轴为,二、直齿圆锥齿轮的强度计算,以分度圆齿宽中点处的当量圆柱齿轮来计算,1.齿面接触疲劳强度,：为锥距。一般取： = 0.250.3。,校核公式,设计公式,二、直齿圆锥齿轮的强度计算,1.一对轴交角为90的钢制齿面接触疲劳强度,一般取： =0.250.3,校核公式,设计公式,m大端模数。,2.直齿圆锥齿轮弯曲疲劳强度的计算,二、直齿圆锥齿轮的强度计算,平均模数 大端

16、模数,校核公式,设计公式,按当量齿数查图。,5-8 齿轮的结构设计,直径很小的齿轮时，设计成齿轮轴 。（da2D1 ）,5-8 齿轮的结构设计,顶圆直径 da500 mm的齿轮采用腹板式或实心式结构。,5-8 齿轮的结构设计,顶圆直径da400 mm的齿轮采用轮辐式结构。,5-8 齿轮的结构设计,5-8 齿轮的结构设计,5-9 齿轮的润滑,1.润滑的目的：,减少磨损、吸振缓冲、降低噪音、散热冷却、防锈等作用。,2.润滑剂,润滑油、润滑脂和固体润滑剂。,3.润滑方式,开式传动：人工加油润滑,闭式传动：根据齿轮圆周速度大小而定。,单级：v12m/s 油池润滑 多级：惰轮蘸油润滑 v12m/s不采用油池润滑，用油泵强制润滑,5-9 齿轮的润