第六章平行軸線齒輪傳動(下)

高等職業(yè)教育機械類專業(yè)

核心技術(shù)課程機械設(shè)計基礎(chǔ)

浙江機電職業(yè)技術(shù)學院陳峰

鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院徐剛濤教學課件編創(chuàng)制作第六章平行軸線齒輪傳動(圓柱齒輪傳動)第七節(jié)齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則

第八節(jié)齒輪常用材料及熱處理第九節(jié)齒輪傳動精度簡介第十節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算

第十一節(jié)漸開線斜齒圓柱齒輪傳動設(shè)計：潘存云第七節(jié)齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則輪齒折斷1、失效形式設(shè)計：潘存云潘存云教授研制輪齒折斷1、失效形式齒面點蝕第七節(jié)齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則輪齒折斷1、失效形式齒面點蝕齒面膠合措施：1.提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度3.增加潤滑油粘度4.加抗膠合添加劑第七節(jié)齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則設(shè)計：潘存云輪齒折斷1、失效形式齒面點蝕齒面膠合齒面磨損措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤滑條件磨粒磨損跑合磨損第七節(jié)齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則設(shè)計：潘存云輪齒折斷1、失效形式齒面點蝕齒面膠合齒面磨損從動齒主動齒齒面塑性變形從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒第七節(jié)齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則2、設(shè)計準則軟齒面（硬度≤350HBS）的閉式齒輪傳動：齒面抗點蝕能力差，潤滑條件良好，齒面點蝕將是主要的失效形式。在設(shè)計計算時，通常按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再作齒根彎曲疲勞強度校核。硬齒面（硬度＞350HBS）的閉式齒輪傳動：齒面抗點蝕能力強，但易發(fā)生齒根折斷，齒根疲勞折斷是主要失效形式。在設(shè)計計算時，通常按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，再作齒面接觸疲勞強度校核。當一對齒輪均為鑄鐵制造時，一般只需作輪齒彎曲疲勞強度設(shè)計計算。對于開式傳動，其主要失效形式將是齒面磨損，通常只按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，再考慮磨損，將所求得的模數(shù)增大10％～20％。第八節(jié)齒輪常用材料及熱處理常用齒輪材料優(yōu)質(zhì)碳素鋼合金結(jié)構(gòu)鋼鑄鋼鑄鐵熱處理方法表面淬火滲碳淬火調(diào)質(zhì)正火滲氮一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr等。表面淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達52~56HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。1.表面淬火——高頻淬火、火焰淬火2.滲碳淬火滲碳鋼為含碳量0.15~0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr等。齒面硬度達56~62HRC，齒面接觸強度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動。通常滲碳淬火后要磨齒。調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為：220~260HBS。因為硬度不高，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合。3.調(diào)質(zhì)4.正火正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細化晶粒、改善力學性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。滲氮是一種化學處理。滲氮后齒面硬度可達60~62HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場合，如內(nèi)齒輪。材料為：38CrMoAlA.5.滲氮特點及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，HBS≤350，屬軟齒面，工藝簡單、用于一般傳動。當大小齒輪都是軟齒面時，因小輪齒根薄，彎曲強度低，故在選材和熱處理時，小輪比大輪硬度高:20~50HBS表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場合。第九節(jié)齒輪傳動精度簡介誤差的影響：1.轉(zhuǎn)角與理論不一致，影響運動的不準確性；2.瞬時傳動比不恒定，出現(xiàn)速度波動，引起震動、沖擊和噪音影響運動平穩(wěn)性；3.齒向誤差導致輪齒上的載荷分布不均勻，使輪齒提前損壞，影響載荷分布的不均勻性。國標GB10095-88給齒輪副規(guī)定了12個精度等級。其中1級最高，12級最低，常用的為6~9級精度。按照誤差的特性及它們對傳動性能的主要影響，將齒輪的各項公差分成三組，分別反映傳遞運動的準確性，傳動的平穩(wěn)性和載荷分布的均勻性。

在一般情況下，可選三個公差組為同一精度等級，但也容許根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度等級的公差組組合。第Ⅱ公差組精度等級6～9級的選擇可根據(jù)齒輪類型和圓周速度確定，第Ⅲ公差組一般不得低于第Ⅱ公差組的精度等級。三個公差組:第Ⅰ公差組—運動準確性第Ⅱ公差組—傳動平穩(wěn)性第Ⅲ公差組—載荷分布均勻性

齒厚偏差有C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S等14種，每種代號所規(guī)定的齒厚偏差值均是fpt（齒距極限偏差）的數(shù)倍。。設(shè)計：潘存云O2O1ttω1（主動）N1N2cα

α

d12α

FnT1第十節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算一、輪齒受力分析和計算載荷圓周力徑向力法向力小齒輪上的轉(zhuǎn)矩P為傳遞的功率（KW）ω1——小齒輪上的角速度，n1——小齒輪上的轉(zhuǎn)速d1——小齒輪上的分度圓直徑，α——壓力角1、各作用力的大小及方向O2ω2（從動）O1N1N2ttω1（主動）T1cα

α

d12d22α

FtFrFnFn2、計算載荷Fn——名義載荷受力變形制造誤差安裝誤差附加動載荷載荷集中用計算載荷KFn代替名義載荷Fn以考慮載荷集中和附加動載荷的影響，K——載荷系數(shù)Fnb()maxFnb()minFnc=KFn設(shè)計：潘存云二、齒面接觸疲勞強度計算

O2ω2（從動）O1N1N2ttω1（主動）T1cα

α

d12d22α

Cρ1ρ2對于一對鋼制標準直齒圓柱齒輪傳動齒面接觸疲勞強度校核公式:齒面接觸疲勞強度校核公式:公式應(yīng)用注意：2、許用接觸應(yīng)力σHlim——接觸疲勞極限,由實驗確定,SHmin——為最小安全系數(shù)。1、式中的[σH]，在[σH1][σH2]數(shù)值不同時，應(yīng)將較小的一個代入計算。3、Φd稱為齒寬因數(shù)=b/d1

4、在作齒面接觸強度計算時，前面兩個公式只適用于鋼制標準直齒圓柱齒輪，若配對材料不是鋼對鋼，則應(yīng)按其材料確定相應(yīng)的材料系數(shù)rbO30?

30?

三、齒根彎曲疲勞強度的計算

假定載荷僅由一對輪齒承擔，按懸臂梁計算。齒頂嚙合時，彎矩達最大值。hFFnF2F1SFαF

彎曲力矩：M=KFnhFcosαF

危險界面的彎曲截面系數(shù)彎曲應(yīng)力

危險截面齒根圓角30?切線兩切點連線處。齒頂受力：Fn，可分解成兩個分力：F1=FncosαF

F2=FnsinαF

——產(chǎn)生彎曲應(yīng)力；——壓應(yīng)力，小而忽略。Fn∵hF和SF與模數(shù)m相關(guān)，輪齒彎曲強度計算公式：故YFs與模數(shù)m無關(guān)。彎曲應(yīng)力對于標準齒輪,YFs僅取決于齒數(shù)Z。YFs–齒形系數(shù)計算時取較大者，計算結(jié)果應(yīng)圓整,且m≥1.5mm。一般YF1≠YF2，[σF1]≠[σF2]引入齒寬系數(shù)ψd=b/d1代入得設(shè)計公式公式中“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合。

在滿足彎曲強度的條件下可適當選取較多的齒數(shù)，使傳動平穩(wěn)。在中心距a一定時，z增多則m減小，da減小，節(jié)省材料和工時。許用彎曲應(yīng)力彎曲疲勞極限σbblim由實驗確定。SFmin為安全系數(shù)。因彎曲疲勞造成的輪齒折斷可能造成重大事故，而疲勞點蝕只影響壽命，故：SFmin>SHmin四、圓柱齒輪傳動參數(shù)的選擇和設(shè)計步驟齒輪傳動設(shè)計時，按主要失效形式進行強度計算，確定主要尺寸，然后按其它失效形式進行必要的校核。軟齒面閉式齒輪傳動按接觸強度進行設(shè)計，按彎曲強度校核硬齒面閉式齒輪傳動按彎曲強度進行設(shè)計，按接觸強度校核開式齒輪傳動按彎曲強度設(shè)計。為了確保強度要求，同時利于裝配和調(diào)整，常將小齒輪齒寬加大5～10mm。（一）主要參數(shù)的選擇1．齒數(shù)z對于軟齒面的閉式傳動，一般取z1=20～40。硬齒面的閉式傳動及開式傳動，通常取z1=17～20。2．模數(shù)m

對于傳遞動力的齒輪，可按m=（0.007～0.02）a初選，但應(yīng)保證模數(shù)m≥2mm。3．齒寬因數(shù)Φd增大齒寬因數(shù)，可減小齒輪傳動裝置的徑向尺寸，降低齒輪的圓周速度。但齒寬因數(shù)過大則需提高結(jié)構(gòu)剛度，否則會出現(xiàn)齒向載荷分布嚴重不均。對于一般機械，建議按工程手冊提供數(shù)據(jù)選取。6．繪制齒輪工作圖（二）設(shè)計步驟1．選擇齒輪材料及熱處理2．確定齒輪傳動的精度等級3．簡化設(shè)計計算4．計算齒輪的幾何尺寸5．確定齒輪的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計：潘存云一、斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成及其特點直齒輪：嚙合線嚙合面嚙合點接觸線，即嚙合面與齒廓曲面的交線。嚙合特點:沿齒寬同時進入或退出嚙合。突然加載或卸載，運動平穩(wěn)性差，沖擊、振動和噪音大。斜直線KK的軌跡－斜齒輪的齒廓曲面螺旋線漸開面Kβb——基圓柱上的螺旋角發(fā)生面

基圓柱發(fā)生面AKAAAβbKK第十一節(jié)漸開線斜齒圓柱齒輪傳動設(shè)計：潘存云12βb嚙合面基圓柱漸開線螺旋面KK齒面接觸線齒面接觸線始終與K-K線平行并且位于兩基圓的公切面內(nèi)。設(shè)計：潘存云嚙合特點:接觸線長度的變化：

短

長

短加載、卸載過程是逐漸進行的傳動平穩(wěn)、沖擊、振動和噪音較小，適宜高速、重載傳動。在端面內(nèi)，斜齒輪的齒廓曲線為漸開線，相當于直齒圓柱齒輪傳動，滿足定傳動比要求。β二、斜齒圓柱齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸1.斜齒輪的螺旋角πdπdblβ定義分度圓柱上的螺旋角為斜齒輪的螺旋角β

。dββb右旋β左旋β一般取β=8o~20o人字齒輪，因其軸向力可以抵消，常取β=25°～45°

設(shè)計：潘存云B法面內(nèi)的齒形與刀具的齒形一樣，取標準值。2.模數(shù)mn、mt將分度圓柱展開，得一矩形，pn=ptcosβ將pn＝πmn,pt＝πmt

代入得：βpt

β可求得端面齒距與法面齒距之間的關(guān)系：πdmn=mtcosβnn

pnb'a'c3.壓力角：αn、αtββ在△a’b’c中，有：∠a’b’c=αn

在△abc中,有：∠abc=αt由

ab=a’b’,a’c=accosβ得tanαn=

tanαtcosβ

4.齒頂高因數(shù)h*an和h*at及頂隙因數(shù)c*n和c*t不論在法面還是端面，其齒頂高和齒根高一樣。h*an——法面齒頂高系數(shù)，han*＝1c*n——法面頂隙系數(shù),c*n＝0.25,tanαn=a’c/a’b’tanαt=ac/ab

ha=h*anmnhf=(h*an+c

*n)mnαnabcaa’βαt分度圓直徑：

d=zmt=zmn/cosβ中心距：

a=r1+r2可通過改變β來調(diào)整a的大小。三、斜齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件和重合度嚙合處的齒向相同。外嚙合:β1＝-β2mn1=mn2

，αn1=αn1

mt1=mt2

，αt1＝αt2=mn(z1+z2)/2cosβ

內(nèi)嚙合：β1＝β21.正確嚙合條件5.幾何尺寸計算只須將直齒圓柱齒輪幾何尺寸計算公式中的各參數(shù)視作端面參數(shù)，再進行必要的端面-法向參數(shù)換算，即可方便地進行平行軸標準斜齒輪的幾何尺寸計算。如：bB2B22.重合度直齒輪：斜齒輪：其中εβ

＝△L/pbt△LβbβbB1B1＝btanβb/pbt

＝εα

+εβB1B1bB2B2Lεα＝L/pb

ε=(L+△L)/pbt＝btanβ/pt平行軸斜齒輪的重合度隨螺旋角β和齒寬b的增大而增大。設(shè)計：潘存云cdβρ四、斜齒輪的當量齒數(shù)定義：與斜齒輪法面齒