東北大學機械設(shè)計課件第5章齒輪傳動

第五章齒輪傳動第九節(jié)齒輪傳動的潤滑第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么第八節(jié)變位齒輪傳動的強度計算第七節(jié)標準直齒錐齒輪傳動的強度計算第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算第二節(jié)齒輪的材料下一頁退出總目錄目錄一、齒輪的失效形式1.輪齒折斷2.齒面點蝕3.齒面膠合4.齒面磨損5.齒體塑性變形6.齒面塑性變形第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么1.輪齒折斷折斷面折斷面第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么輪齒折斷實例第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么輪齒折斷機理第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么2.齒面點蝕點蝕第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么齒面點蝕機理第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么3.齒面膠合齒面出現(xiàn)溝痕第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么4.齒面磨損磨損局部第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么5.齒面塑性變形第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么舉例從動輪主動輪第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么齒面塑性變形機理第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么6.齒體塑性變形第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么齒輪失效形式與極限轉(zhuǎn)矩的關(guān)系磨損界限膠合界限點蝕界限斷齒界限速度極限轉(zhuǎn)矩安全區(qū)調(diào)質(zhì)齒輪磨損界限膠合界限點蝕界限斷齒界限速度極限轉(zhuǎn)矩安全區(qū)齒面硬化齒輪第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么同一齒輪傳動抵抗不同失效形式的能力不同齒輪失效形式與極限轉(zhuǎn)矩的關(guān)系閉式齒輪傳動中，通常以保證齒面接觸疲勞強度為主。進行齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度計算。開式齒輪傳動中，通常以保證齒根彎曲強度為主，兼顧磨損。進行齒根彎曲疲勞強度設(shè)計。二、齒輪傳動的計算準那么計算準那么保證齒面接觸疲勞強度；保證齒根彎曲疲勞強度。第一節(jié)齒輪傳動的失效形式和計算準那么第二節(jié)齒輪材料材料性能的根本要求：具有足夠的彎曲強度；輪齒表層有足夠的硬度和耐磨性；可以進行各種加工和熱處理；齒面硬，齒芯韌。一、鋼

鍛鋼的質(zhì)量比鑄鋼好，一般齒輪均用鍛鋼，鑄鋼(大尺寸、形狀復雜〕。1.軟齒面〔齒面硬度≤350HBS〕不能承受大的沖擊載荷，兩齒輪齒面硬度差應為30~50HBS2.硬齒面〔齒面硬度>350HBS〕齒輪外表硬化方法有滲碳、氮化和外表淬火第二節(jié)齒輪材料二、鑄鐵低速、不重要的開式齒輪〔球墨鑄鐵〕合金鋼：常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。航空齒輪采用外表硬化高強合金鋼。三、非金屬材料高速、小功率、精度不高以傳遞運動為主的齒輪傳動〔塑料、尼龍、膠木等〕第二節(jié)齒輪材料一、工作載荷第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算小齒輪名義功率小齒輪分度圓直徑小齒輪名義轉(zhuǎn)矩小齒輪轉(zhuǎn)速二、計算載荷使用系數(shù)動載系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)齒間載荷分布系數(shù)第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算1使用系數(shù)表5-3原動機工作特性及其示例從動機工作特性及其示例均勻平穩(wěn)輕微沖擊中等沖擊嚴重沖擊發(fā)電機機床主傳動提升機構(gòu)挖掘機均勻平穩(wěn)1.01.251.51.75輕微沖擊1.101.351.601.85中等沖擊1.251.501.752.00或更大嚴重沖擊1.501.752.002.25或更大第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算2動載系數(shù)齒輪傳動的嚙合過程齒輪制造誤差,pb不同——ω突變——沖擊圖5-3第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算措施：齒頂修緣直齒圓柱齒輪第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算斜齒圓柱齒輪第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算軸彎曲變形的影響３齒向載荷分布系數(shù)第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算軸扭轉(zhuǎn)變形的影響0.20.40.60.81.01.21.41.62.01.81.001.051.101.151.201.251.301.351234b/d1兩輪均為軟齒面或其中之一為軟齒面圖5-7３齒向載荷分布系數(shù)第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算改善載荷分布方法鼓形齒第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算３齒向載荷分布系數(shù)4齒間載荷分布系數(shù)表5-4一對輪齒在嚙合區(qū)內(nèi)有時為雙齒嚙合，載荷那么應分配在這兩對齒上。第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算

由于齒距誤差等原因，載荷在各齒間分配不是均勻的輪齒誤差的影響第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算精度等級(Ⅱ組)56789經(jīng)表面硬化的直齒輪1.01.11.2接觸彎曲經(jīng)表面硬化的斜齒輪1.01.11.21.4未經(jīng)表面硬化的直齒輪1.01.11.2未經(jīng)表面硬化的斜齒輪1.01.11.21.4表5-4齒間載荷分布系數(shù)第三節(jié)齒輪傳動的載荷計算一、輪齒受力分析第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算主、從動輪上各力大小相等，方向相反圓周力Ft產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與外加轉(zhuǎn)矩方向相反徑向力Fr指向各輪的輪心圓周力徑向力法向力二齒面接觸疲勞強度計算圓柱體的接觸應力LFn第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算綜合曲率對接觸應力的影響第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算齒廓接觸點的曲率半徑第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算三、齒根彎曲疲勞強度齒根危險截面位置、尺寸：力學模型：輪齒懸臂梁，F(xiàn)n作用于齒頂基圓30°切線法：過渡曲線第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算演示第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算大小齒輪分別計算齒根彎曲疲勞強度第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算注意：1、相互嚙合的一對齒輪其齒根彎曲應力通常不相等。模數(shù)起主要作用。2、相互嚙合的一對齒輪其齒面接觸應力是相同的。但[σH]1與[σH]2中不同，強度也不同。徑向尺寸〔a,d〕起主要作用。3、應用設(shè)計公式初步計算齒輪尺寸時，可先應用初算公式,待求得齒輪尺寸參數(shù)后，精確計算載荷系數(shù)K、重合度系數(shù)及壽命系數(shù)和許用應力，代入相應校核公式進行驗算，假設(shè)強度條件適宜那么齒輪尺寸無需調(diào)整，否那么，調(diào)整尺寸重新計算。第四節(jié)標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算一、齒輪精度選擇第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12低高未規(guī)定公差一般按齒輪的圓周速度選精度表5-6齒輪種類傳動種類齒面硬度HBS齒輪精度等級3,4,56789直齒圓柱齒輪≤350>12≤18≤12≤6≤4>350>10≤15≤10≤5≤3錐齒輪≤350>7≤10≤7≤4≤3>350>6≤9≤6≤3≤2.5斜齒及曲齒圓柱齒輪≤350>25≤36≤25≤12≤8>350>20≤30≤20≤9≤6錐齒輪≤350>16≤24≤16≤9≤6>350>13≤19≤15≤7≤5表5-6各種精度等級齒輪傳動的最大圓周速度第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力機器名稱精度等級機器名稱精度等級汽輪機3～6拖拉機6～8金屬切削機床3～8通用減速器6～8航空發(fā)動機4～8鍛壓機床6～9輕型汽車5～8起重機7～10載重汽車7～9農(nóng)業(yè)機械8～11各類機器所用齒輪傳動的精度等級范圍第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力二、設(shè)計參數(shù)選擇第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力在中心距一定時，在滿足彎曲強度的條件下，可取較多的齒數(shù)和較小的模數(shù)。對閉式齒輪傳動：一般按齒面接觸強度確定中心距，模數(shù):第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力取標準值(表5-7)第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力1.疲勞試驗試驗條件：m=3~5mm、=20°、v=10m/s，a=100mm，b=10~50mm，齒面粗糙度為0.8的直齒圓柱齒輪副試件，按失效概率為1%，經(jīng)持久疲勞試驗確定的試驗齒輪的接觸疲勞極限和彎曲疲勞極限。三、許用應力設(shè)計的齒輪與試驗齒輪不同，使用時應進行修正。第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力

2.齒輪的許用接觸應力[

H]第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力

3.齒輪的許用彎曲應力[

F]第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力一、選擇齒輪類型、精度、材料二、齒輪承載能力計算三、齒輪幾何尺寸計算四、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作圖繪制齒輪傳動設(shè)計步驟第五節(jié)齒輪精度、設(shè)計參數(shù)選擇及許用應力一、輪齒受力分析第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算圓周力徑向力軸向力法向力軸向力Fa的方向用左右手守則來判定。左旋用左手；右旋用右手判斷。二、齒面接觸疲勞強度計算式第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算三、齒根彎曲疲勞強度計算第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算斜齒輪因重合度增大，故接觸線長度增大；斜齒輪因輪齒傾斜，故影響其彎曲強度。強度條件：第六節(jié)標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算設(shè)計式：第七節(jié)標準直齒錐齒輪傳動的強度計算一、主要設(shè)計參數(shù)第七節(jié)標準直齒錐齒輪傳動的強度計算第七節(jié)標準直齒錐齒輪傳動的強度計算齒寬系數(shù)齒寬中點分度圓直徑dm和模數(shù)mm

二、輪齒受力分析圓周力徑向力軸向力法向力第七節(jié)標準直齒錐齒輪傳動的強度計算二、強度計算0.20.40.60.81.01.21.41.62.01.81.001.051.101.151.201.251.301.351234b/d1第七節(jié)標準直齒錐齒輪傳動的強度計算直齒錐齒輪齒面接觸疲勞強度條件設(shè)計式第七節(jié)標準直齒錐齒輪傳動的強度計算直齒錐齒輪齒根彎曲疲勞強度條件設(shè)計式第七節(jié)標準直齒錐齒輪傳動的強度計算校核式第八節(jié)變位齒輪傳動的強度計算變位齒輪傳動的受力分析和強度計算原理與標準齒輪的相同，其計算公式也與標準齒輪相同齒輪嚙合節(jié)點位置發(fā)生變化，ZH有變化直齒輪斜齒輪第八節(jié)變位齒輪傳動的強度計算高變位傳動，即xΣ=x1+x2=0，ZH不變化，接觸強度根本不變?；蚪亲兾粋鲃蛹磝Σ=x1+x2≠0，當xΣ>0〔正傳動〕時，，ZH減小，εα降低，Zε增大，，ZH增大，εα增大，Zε減小，或齒面接觸強度提高。當xΣ<0〔負傳動〕時，或齒面接觸強度降低。第八節(jié)變位齒輪傳動的強度計算齒根彎曲強度：變位使齒形變化，齒根厚度和齒根圓角半徑變化，引起計算系數(shù)YFa和Ysa的變化，影響齒根彎曲強度。正變位齒輪的齒厚增大，YFa減小，齒根圓角半徑減小，Ysa增大。正變位齒輪的齒根彎曲強度可有提高。負變位使齒根彎曲強