第六章齒輪傳動.ppt

1、第六章齒輪傳動,第一節(jié)齒輪傳動的特點、類型及其應(yīng)用 第二節(jié)齒廓嚙合的基本定律 第三節(jié)漸開線齒廓及其嚙合特性 第四節(jié)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和幾何尺寸的計算 第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念 第七節(jié)平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu),下一頁,第六章齒輪傳動,第八節(jié)直齒圓錐齒輪機構(gòu) 第九節(jié)齒輪傳動受力分析 第十節(jié)齒輪傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和齒輪材料 第十一節(jié)輪齒的強度計算 第十二節(jié)設(shè)計實例 第十三節(jié)齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計和潤滑,上一頁,返回,第一節(jié)齒輪傳動的特點、類型及其應(yīng)用,一、平面齒輪傳動(平行軸傳動) 1.直齒圓柱齒輪傳動 圖6一1為直齒圓柱齒輪

2、傳動，其中各齒輪的輪齒的齒向相對于齒輪的軸線是平行的。圖6一l(a)稱為外嚙合直齒圓柱齒輪傳動;圖6一1 (b)為內(nèi)嚙合直齒圓柱齒輪傳動;圖6一1(c)為齒輪齒條傳動，其中齒條可看成直徑為無窮大的齒輪的一部分。 2.斜齒圓柱齒輪傳動 圖6 -2為斜齒圓柱齒輪傳動，此傳動中齒輪的齒向與齒輪的軸線方向有一傾斜角，此角稱為斜齒圓柱齒輪的螺旋角。 3.人字齒輪傳動 圖6一3為人字齒輪傳動，此傳動中的每個人字齒輪均可看成由兩個螺旋方向相反的斜齒輪構(gòu)成。,下一頁,返回,第一節(jié)齒輪傳動的特點、類型及其應(yīng)用,二、空間齒輪傳動 1.圓錐齒輪傳動 圓錐齒輪傳動用于兩相交軸之間的傳動，圓錐齒輪有直齒(圖6一4(a)

3、、斜齒(圖6一4(b)和曲齒(圖6一4(c)之分 2.蝸桿傳動 蝸桿傳動通常用于兩交錯垂直軸之間傳動，如圖6一5所示。 3.交錯軸抖齒輪傳動 圖6一6為交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動，其中的每一個齒輪都是斜齒圓柱齒輪,下一頁,上一頁,返回,第二節(jié)齒廓嚙合的基本定律,一、齒廓嚙合的基本定律 兩齒輪嚙合時，其瞬時傳動比等于嚙合節(jié)點分連心線所成兩段線段的反比。這一規(guī)律稱為齒廓嚙合的基本定律,下一頁,上一頁,返回,第二節(jié)齒廓嚙合的基本定律,二、共軛齒廓 相互接觸并能實現(xiàn)預(yù)定傳動比要求的一對齒廓稱為共扼齒廓。一般來說，只要給出一輪的齒廓曲線，就可根據(jù)齒廓嚙合的基本定律求出與之共扼的另一輪的齒廓曲線。因此，理論上

4、可以作為共扼齒廓的曲線是很多的，實際中除了傳動比要求外，還應(yīng)考慮設(shè)計、制造、安裝、互換性和強度等方面的問題。目前漸開線是定傳動比齒輪傳動中最常用的齒廓曲線，此外擺線和圓弧曲線也有應(yīng)用。,上一頁,返回,第三節(jié)漸開線齒廓及其嚙合特性,一、漸開線的形成及漸開線性質(zhì) 1.漸開線的形成 在圖6一8中，當(dāng)直線L沿半徑為rb的圓作純滾動時，直線L上任意點的軌跡稱為該圓的漸開線，該圓稱為漸開線的基圓，rb為基圓半徑，直線L稱為漸開線的發(fā)生線，A為漸開線在基圓上的起始點，角k (AOK)稱為漸開線AK段的展角。,下一頁,返回,第三節(jié)漸開線齒廓及其嚙合特性,2.漸開線的性質(zhì) (1)由于發(fā)生線沿基圓進(jìn)行純滾動，因此

5、，發(fā)生線沿基圓滾過的長度KN等于基圓被滾過的弧長AN (2)漸開線上任意一點的法線必是基圓的切線。 (3)切點N是漸開線在K點的曲率中心，而KN就是漸開線在K點的曲率半徑。漸開線上各點的曲率半徑不同，離基圓越遠(yuǎn)，曲率半徑越大;反之，離基圓越近，曲率半徑越小。漸開線在基圓上的點A的曲率半徑為零，基圓內(nèi)沒有漸開線。 (4)漸開線的形狀取決于基圓的大小。,下一頁,上一頁,返回,第三節(jié)漸開線齒廓及其嚙合特性,3.漸開線方程 二、漸開線齒廓嚙合特性 一對漸開線齒廓進(jìn)行嚙合傳動，具有如下特點。 1.瞬時傳動比恒定不變 2.中心距變動不影響傳動比 3.嚙合線是一條直線,上一頁,返回,第四節(jié)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱

6、齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和幾何尺寸的計算,一、漸開線齒輪各部分的名稱 圖6一11為一直齒圓柱齒輪的一部分，各部分名稱如下: (1) 齒頂圓 (2)齒根圓 (3)分度圓 (4)基圓 (5)齒厚、齒槽寬、齒距 (6)齒頂高、齒根高、齒高 (7)法向齒距,下一頁,返回,第四節(jié)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和幾何尺寸的計算,二、漸開線齒輪的基本參數(shù) 1.齒數(shù)z 齒輪整個圓周上輪齒的總數(shù)，用z表示。 2.模數(shù)m 由前述可知:齒輪的分度圓周長等于d，也等于zp，因此有 分度圓直徑為,下一頁,上一頁,返回,第四節(jié)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和幾何尺寸的計算,3.壓力角 齒輪輪齒各圓

7、上的壓力角的值是不同的，通常所說的壓力角是指齒輪分度圓上的壓力角。齒輪的分度圓壓力角，基圓半徑rb和分度圓半徑r之間的關(guān)系為 4.齒頂高系數(shù)ha* 齒輪的齒頂高h(yuǎn)a=ha*m,可稱為齒頂高系數(shù)。國標(biāo)規(guī)定:對于正常齒ha*=1;對于短齒ha*=0. 8,下一頁,上一頁,返回,第四節(jié)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和幾何尺寸的計算,5.頂隙系數(shù)c* 齒輪的齒根高h(yuǎn)f=(ha*+ c*)m, c*稱為頂隙系數(shù)， c* m稱為標(biāo)準(zhǔn)頂隙。國標(biāo)規(guī)定:對于正常齒c* = 0. 25;對于短齒c* = 0. 3 三、漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸計算 為標(biāo)準(zhǔn)齒輪為計算方便，現(xiàn)將標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺

8、寸計算公式列于表6一2,下一頁,上一頁,返回,第四節(jié)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和幾何尺寸的計算,四、任意圓弧齒厚和公法線長度 1.任意圓弧齒厚 2.公法線長度 因為弧齒厚無法測量，弦齒厚的測量又必須以齒頂圓作為基準(zhǔn)，不但要求齒輪頂圓的加工精度，而且要采用以尖點與齒廓接觸的量具，測量精度較低(圖6一13)。為此，一般都通過測量輪齒的公法線長度來表示齒厚的加工精度。,下一頁,上一頁,返回,第四節(jié)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱、基本參數(shù)和幾何尺寸的計算,如圖6一14所示，作齒輪基圓的切線，它與齒輪不同輪齒的兩反向齒廓交于A,B兩點，根據(jù)漸開線的性質(zhì)，A與B兩點的連線為外側(cè)兩齒廓的公

9、法線。,上一頁,返回,第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,一、漸開線齒輪的正確嚙合條件 齒輪傳動是靠輪齒依次嚙合來實現(xiàn)的。如圖6一15所示的一對齒輪，要想使嚙合正確進(jìn)行，應(yīng)保證處于嚙合線上的各對輪齒都能進(jìn)入正確的嚙合狀態(tài)。即前一對輪齒在嚙合線上的K點嚙合，后一對輪齒應(yīng)在嚙合線上的K點嚙合。根據(jù)漸開線的性質(zhì)有 因為 于是,下一頁,返回,第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,由于齒輪的模數(shù)和壓力角都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，所以兩漸開線直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件為 2.連續(xù)傳動條件,下一頁,上一頁,返回,第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,3.重合度的計算公式 三、齒輪傳動的中心距及標(biāo)準(zhǔn)齒輪的安裝 1.齒輪傳動

10、的中心距 兩齒輪傳動的實際中心距(安裝中心距)a恒等于兩齒輪節(jié)圓半徑之和。即,下一頁,上一頁,返回,第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,實際機械中的一對齒輪傳動，為了使齒面間形成潤滑油膜，防止輪齒因受力變形及熱膨脹而引起的擠壓現(xiàn)象，兩輪齒 齒廓之間應(yīng)有一定空隙，此間隙稱為齒側(cè)間隙(簡稱側(cè)隙)。但為了減小或避免輪齒間空程和反向沖擊，此間隙一般較小，通常由加工制造時齒輪公差來保證。理論上按無側(cè)隙嚙合來計算齒輪的幾何尺寸和確定中心距。 2.齒輪的標(biāo)準(zhǔn)安裝 兩標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合傳動時，如把兩輪安裝成分度圓相切的狀態(tài)，兩輪的節(jié)圓分別與其分度圓重合，中心距等于兩齒輪分度圓半徑之和。由于標(biāo)準(zhǔn)齒輪的分度圓齒厚等于分

11、度圓齒槽寬，,下一頁,上一頁,返回,第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,因此有 故兩輪作無側(cè)隙嚙合。將兩輪分度圓半徑之和稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距，用a表示。此時，頂隙值為,下一頁,上一頁,返回,第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,四、齒輪和齒條傳動 1.齒條的結(jié)構(gòu)及其特點 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)為無窮多時，其分度圓、齒頂圓、齒根圓分別演變?yōu)橹芯€、齒頂線、齒根線，且相互平行，此時基圓半徑為無窮大，漸開線演變?yōu)橐粭l直線，齒輪則變?yōu)樽髦本€運動的齒條。,下一頁,上一頁,返回,第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,如圖6一20所示，齒條有如下特點: (1) 齒條齒廓為直線，齒廓上各點的壓力角均為標(biāo)準(zhǔn)值，且等于齒條齒廓的傾

12、斜角(齒形角)，其值為a =20 (2)在平行于齒條齒頂線的各條直線上，齒條的齒距均相等，其值為p = m，其法向齒距(等于基圓齒距);與齒頂平行且其上的齒厚等于齒槽寬(s = e = m/2)的直線稱為齒條的中線，它是計算齒條尺寸的基準(zhǔn)線 (3)中線至齒頂線的高度為齒頂高h(yuǎn)a = ha * m，中線至齒根線的高度為齒根高h(yuǎn)f =(ha * +c*)m,齒頂線至齒根線的高度為齒高h(yuǎn)= ha+ hf,下一頁,上一頁,返回,第五節(jié)漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動,2.齒輪與齒條嚙合特點 齒輪與齒條嚙合時，嚙合線過嚙合點垂直于齒條的齒廓且與齒輪的基圓相切。在傳動過程中，由于齒輪的基圓大小和位置不變，齒條

13、同向齒廓上任意點法向方向相同，因此嚙合線為固定直線。嚙合線與過齒輪中心且垂直于齒條中線的直線的交點側(cè)節(jié)點)為定點。 標(biāo)準(zhǔn)齒輪與齒條按標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝時(圖6-21),齒輪的分度圓與齒條的中線相切并作純滾動，齒輪與齒條作無側(cè)隙嚙合傳動且具有標(biāo)準(zhǔn)頂隙。,上一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,一、漸開線齒輪輪齒的加工 1.仿形法 仿形法利用刀具的軸面齒形與所切制的漸開線齒輪的齒槽形狀相同的特點，在輪坯上直接加工出齒輪的齒形。 2.范成法 插齒和滾齒是范成法加工齒輪的常用形式。插齒法所用刀具有齒輪形插刀(圖6一23)和齒條形插刀(圖6一24 )，滾齒法所用刀具為齒輪滾刀(圖6一25

14、)。,下一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,二、漸開線齒廓的根切 1.根切原因 用范成法加工齒輪時，如齒條刀具的內(nèi)頂線超過被加工齒輪的基圓與嚙合線切點N2，就會出現(xiàn)根切現(xiàn)象。 2.不出現(xiàn)根切的最少齒數(shù),下一頁,上一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,三、變位齒輪傳動 1.最小變位系數(shù),下一頁,上一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,2.變位齒輪概念 用范成法加工齒輪時，如果齒條刀的中線不與齒輪的分度圓相切，而是與齒輪的分度圓相離(x 0)或相交(x0時，加工出的齒輪為正變位齒輪，x稱為正變位系數(shù);當(dāng)x 0時，加工出的齒輪為負(fù)變位齒輪，x稱

15、為負(fù)變位系數(shù);x =0時，加工出的齒輪即為標(biāo)準(zhǔn)齒輪,下一頁,上一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,3.變位齒輪的幾何尺寸 變位齒輪與同參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比，它們的漸開線相同，只是使用同一條漸開線的不同部分。分度圓、基圓、齒距、基圓齒距不變，而齒頂圓、齒根圓，齒頂高、齒根高，分度圓齒厚和齒槽寬均發(fā)生了變化。 (1)齒厚與齒槽寬,下一頁,上一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,(2) 齒頂高及齒根高刀具節(jié)線至刀頂線之間的距離為齒根高。對于變位量為xm的正變位齒輪(圖6 -29) ,齒根高比相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪減少了xm，即 由于變位齒輪的分度圓與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪一樣，故變

16、位齒輪的齒頂圓僅僅取決于輪坯頂圓的大小，若暫不計變位齒輪齒頂高對頂隙的影響，為了保持全齒高不變，正變位齒輪的齒頂高較相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪增大xm，即,下一頁,上一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,(3)公法線與跨齒數(shù)變位齒輪的公法線長度計算公式為 對于變位齒輪，通常希望量爪與齒廓的切點位于齒廓上向徑等于(r + xm)的點處，其跨齒數(shù)k的計算公式為 對于負(fù)變位齒輪，以上幾個公式同樣適用，只需注意變位系數(shù)為負(fù)值即可。,下一頁,上一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,4.齒輪傳動的類型 (l)標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動這類齒輪傳動設(shè)計簡單，只要齒數(shù)大于最少齒數(shù)就不會出現(xiàn)根切。重合

17、度一般足夠大，無需驗算，但小齒輪的齒根強度較弱齒面耐磨性較差。 (2)高變位齒輪傳動無側(cè)隙嚙合中心距等于標(biāo)準(zhǔn)中心距，嚙合角等于分度圓壓力角，節(jié)圓與分度圓重合。適當(dāng)選擇變位系數(shù)，可使大、小兩齒輪強度趨于相等，從而提高一對齒輪傳動的承載能力，改善齒輪的磨損情況。因中心距為標(biāo)準(zhǔn)值，這種齒輪傳動可用來替換或修復(fù)舊機械中的原有標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動。高變位齒輪傳動必須成對設(shè)計、制造和使用，小齒輪齒頂易變尖，重合度與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動比略有減小,下一頁,上一頁,返回,第六節(jié)漸開線齒廓的根切現(xiàn)象、變位齒輪的概念,(3)正傳動 無側(cè)隙嚙合中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距，嚙合角大于分度圓壓力角，節(jié)圓與分度圓相離。 (4)負(fù)傳動 無側(cè)

18、隙嚙合中心距小于標(biāo)準(zhǔn)中心距，嚙合角小于分度圓壓力角，節(jié)圓與分度圓相交,上一頁,返回,第七節(jié)平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu),一、斜齒輪齒面的形成和斜齒輪傳動的特點 如圖6一31所示，直齒輪的齒面是平面S上任意一條與基圓柱母線NN平行的直線KK所展成的漸開線曲面。 KK上任意一點的軌跡均為漸開線，即直齒輪在垂直于齒輪軸線的任意平面(端面)上的齒形均相同，齒廓曲線為漸開線，從齒輪的整個寬度上看，其齒廓曲面為漸開面。斜齒輪的齒面形成與直齒輪相似，不同之處在于斜齒輪的齒面發(fā)生線KK與基圓柱的母線、 NN不平行，有一偏斜角b,KK上各點的軌跡仍為漸開線，但它們的集合所構(gòu)成的斜齒輪的齒廓曲面并不是真正的漸開面，而是

19、一個漸開線螺旋面，如圖6一32。,下一頁,返回,第七節(jié)平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu),二、斜齒輪的基本參數(shù) 1.法面模數(shù)mn與端面模數(shù)mt 2.齒頂高系數(shù)可和頂隙系數(shù) 3.法面壓力角an與端面壓力角at 4.法面變位系數(shù)xn與端面變位系數(shù)xt,下一頁,上一頁,返回,第七節(jié)平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu),三、幾何尺寸計算 從端面上看，斜齒輪嚙合與直齒輪完全相同，所以，斜齒輪的幾何尺寸及與漸開線齒廓嚙合有關(guān)的計算公式與直齒輪完全一樣，不過要換成斜齒輪的端面參數(shù)。但因端面參數(shù)不是標(biāo)準(zhǔn)值，還需進(jìn)一步用法面參數(shù)表達(dá)斜齒輪幾何尺寸的計算公式。具體計算公式見表6一4。斜齒圓柱齒輪傳動中心距的配湊可通過改變螺旋角a來實現(xiàn)，因

20、而變位斜齒輪很少使用。,下一頁,上一頁,返回,第七節(jié)平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu),四、斜齒輪傳動的正確嚙合條件 一對斜齒圓柱齒輪正確嚙合時，除滿足直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件外，螺旋角還應(yīng)匹配。即,下一頁,上一頁,返回,第七節(jié)平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu),五、重合度r計算 六、當(dāng)量齒數(shù) 斜齒輪的法面齒形比較復(fù)雜，但其受力與強度設(shè)計都以法面為依據(jù)。另外，用仿形法加工斜齒輪時，銑刀是沿著螺旋齒槽的方向進(jìn)刀的，因此必須按照齒輪的法面齒形來選擇銑刀的號碼為此，需要研究斜齒輪的法面齒形。虛擬一個齒形與斜齒輪的法面齒形相當(dāng)?shù)闹饼X輪，將這個直齒輪稱為斜齒輪的當(dāng)量齒輪，該直齒輪的參數(shù)與斜齒輪的法面參數(shù)相同，其齒數(shù)稱為斜齒輪

21、的當(dāng)量齒數(shù)，用zv表示。,下一頁,上一頁,返回,第七節(jié)平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu),七、交錯軸斜齒輪機構(gòu)簡介 兩個法面參數(shù)相等的斜齒輪，如果1 - 2 ，就不能安裝成平行軸傳動，只能安裝成交錯軸傳動，這種齒輪傳動稱為交錯軸斜齒輪傳動(圖6 -38)，由于交錯軸斜齒輪傳動是點接觸嚙合傳動，不宜傳遞較大載荷，多用于傳遞兩交錯軸間的運動。,上一頁,返回,第八節(jié)直齒圓錐齒輪機構(gòu),一、傳動比與分度圓錐角 滿足嚙合條件正確安裝的一對圓錐齒輪的嚙合傳動相當(dāng)于一對節(jié)圓錐進(jìn)行純滾動，并且其分度圓錐與節(jié)圓錐重合，如圖6一41所示。 圓錐齒輪傳動的傳動比為,下一頁,返回,第八節(jié)直齒圓錐齒輪機構(gòu),二、圓錐齒輪的背錐、當(dāng)量齒

22、輪和當(dāng)量齒數(shù) 圖6一42為錐齒輪在其軸面上的投影圖，OBC為分度圓錐，過錐齒輪大端的點C作OC的垂線與錐齒輪的軸線交于點O1，以O(shè)1為錐頂， O1 C為母線， OO1為軸線作一圓錐(背錐)與錐齒輪大端球面在分度圓處相切。將圓錐齒輪的球面漸開線齒形投影到背錐上，背錐上的齒形與圓錐齒輪大端上的齒形十分接近，因此可近似地用背錐上的齒形來代替圓錐齒輪大端的齒形。 背錐可展成平面，展開后得到一扇形齒輪，其輪齒參數(shù)與錐齒輪大端輪齒參數(shù)完全相同，齒數(shù)為圓錐齒輪的真實齒數(shù)。將扇形缺口補齊成一圓形齒輪，該圓形齒輪稱為圓錐齒輪的當(dāng)量齒輪，其齒數(shù)zy為當(dāng)量齒數(shù),下一頁,上一頁,返回,第八節(jié)直齒圓錐齒輪機構(gòu),三、錐齒

23、輪的參數(shù)及幾何尺寸計算 一對圓錐齒輪正確嚙合的條件為,下一頁,上一頁,返回,第八節(jié)直齒圓錐齒輪機構(gòu),圓錐齒輪的輪齒通?？煞譃檎Ｊ湛s齒和等頂隙收縮齒兩種，如圖6一43和圖6一44所示。 正常收縮齒錐齒輪(圖6 - 43)的齒頂圓錐、分度圓錐和齒根圓錐交于一點。當(dāng)滿足嚙合條件的一對正常收縮齒圓錐齒輪進(jìn)行嚙合傳動時，頂隙由大端至小端逐漸收縮，輪齒小端潤滑較差。 等頂隙收縮齒錐齒輪(圖6 - 44)的分度圓錐與齒根圓錐交于一點，齒頂圓錐位于它們之下，其母線與另一配對的錐齒輪齒根圓錐母線平行，這種圓錐齒輪傳動頂隙由大端至小端是相等的，潤滑狀況得到改善。,上一頁,返回,第九節(jié)齒輪傳動受力分析,一、圓柱齒

24、輪傳動的受力分析 1.直齒圓柱齒輪傳動的受力分析 圖6 - 45為一對標(biāo)準(zhǔn)直齒輪嚙合時主動輪1齒面受力圖,下一頁,返回,第九節(jié)齒輪傳動受力分析,2.抖齒圓柱齒輪傳動的受力分析 圖6一46為一對標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪嚙合時主動輪1齒面受力圖,下一頁,上一頁,返回,第九節(jié)齒輪傳動受力分析,二、圓錐齒輪傳動的受力分析 在對圓錐齒輪傳動進(jìn)行受力分析時，假定齒面間的總作用力集中作用在齒寬中點處的分度圓上的C點(嚙合節(jié)點)處(圖6一47 ) ,齒寬中點處的分度圓直徑為dm。,上一頁,返回,第十節(jié)齒輪傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和齒輪材料,一、齒輪輪齒的失效形式 通常，齒輪的失效主要出現(xiàn)在輪齒部分，常見的輪齒失效形式有齒面

25、損傷和輪齒折斷兩大類。而齒面損傷又分為齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合和塑性變形等形式 1.輪齒折斷 輪齒折斷分為彎曲疲勞折斷和過載折斷，在正常工況下，主要為彎曲疲勞折斷。輪齒承載時，齒根處受到較大的交變的彎曲應(yīng)力作用，再加上齒 根部的小圓角、加工刀痕和材料內(nèi)部缺陷引起的應(yīng)力集中，使齒根部產(chǎn)生疲勞裂紋并逐漸擴展，最終導(dǎo)致輪齒疲勞折斷。這種折斷是由輪齒 齒根彎曲疲勞強度不足而致(圖6一48)。,下一頁,返回,第十節(jié)齒輪傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和齒輪材料,2.齒面點蝕 輪齒承載時，輪齒工作面受到脈動循環(huán)接觸應(yīng)力的反復(fù)作用。在交變的接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，輪齒齒面的表層出現(xiàn)疲勞裂紋，而后疲勞裂紋逐漸擴展，

26、齒面金屬微粒剝落而在齒面上形成小麻坑，稱為疲勞點蝕，簡稱為點蝕。點蝕通常首先出現(xiàn)在輪齒節(jié)線附近靠近齒根的表面上，這是因為輪齒在節(jié)線附近處嚙合，嚙合線上同時參與嚙合的輪齒的對數(shù)少，齒面接觸應(yīng)力大，并且節(jié)線附近嚙合時齒面間的相對滑動速度小，不易形成油膜，齒面間摩擦力較大(圖6一49),下一頁,上一頁,返回,第十節(jié)齒輪傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和齒輪材料,3.齒面磨損 在齒輪傳動中，當(dāng)一些硬顆粒進(jìn)入齒面間時，會引起齒面磨粒磨損。齒面嚴(yán)重磨損后，齒廓的漸開線形狀受到破壞，傳動的振動、噪音加大，且由于磨損使齒厚變薄，最后導(dǎo)致輪齒折斷。磨粒磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。 用閉式齒輪傳動代替開式齒輪傳動;

27、提高齒面硬度和降低齒面粗糙度;改善潤滑和密封條件均可提高齒面的抗磨粒磨損的能力。 4.齒面膠合 在齒輪傳動中，由于齒面溫度過高或壓力過大會使齒面金屬出現(xiàn)砧在一起的現(xiàn)象，隨著齒面間的相對運動，砧結(jié)的金屬被大片地撕落，使齒面間沿相對運動方向形成條狀的溝痕，這種現(xiàn)象稱為砧著磨損，即齒面膠合。,下一頁,上一頁,返回,第十節(jié)齒輪傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和齒輪材料,5.齒面塑性變形 當(dāng)齒面硬度不高，而又受到較大接觸應(yīng)力時，在摩擦力作用下，齒面材料會沿著摩擦力方向發(fā)生塑性流動而使?jié)u開線齒形遭到破壞。根據(jù)主、從動輪齒面上的摩擦力方向，塑性變形后，主動輪的工作齒面沿節(jié)線處會出現(xiàn)溝痕，而從動齒輪的齒面沿節(jié)線處會出

28、現(xiàn)凸棱(如圖6一51)。,下一頁,上一頁,返回,第十節(jié)齒輪傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和齒輪材料,二、設(shè)計準(zhǔn)則 在實際齒輪傳動時，應(yīng)n一對a輪傳動的主要失效形式進(jìn)行相應(yīng)的計算。對于閉式a輪傳動，因齒面點蝕和齒輪彎曲折斷均可能發(fā)生，故需同時計算齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度。目前一般的設(shè)計方法是按齒面接觸疲勞強度設(shè)計公式確定a輪的主要尺寸，然后再校核齒根的彎曲疲勞強度;而對于開式齒輪傳動，由于主要失效形式是齒面磨損和輪齒斷齒，一般按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計公式計算出模數(shù)m，為考慮齒面磨損的影響，將求得的模數(shù)m適當(dāng)增大10%15%,下一頁,上一頁,返回,第十節(jié)齒輪傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和齒輪材料,三

29、、齒輪材料 齒輪的常用材料為鍛鋼，如各種碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼;其次是鑄鐵、鑄鋼及非金屬材料 1.鍛鋼 鍛鋼的機械強度高，除尺寸大、形狀復(fù)雜外，大多數(shù)齒輪都用鍛鋼制造。按其齒面硬度不同，可分為兩大類。 (1)軟齒面齒輪 (2)硬齒面齒輪,下一頁,上一頁,返回,第十節(jié)齒輪傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則和齒輪材料,2.鑄鋼 當(dāng)齒輪尺寸較大(例如齒頂圓直徑大于400600 mm)或結(jié)構(gòu)較復(fù)雜輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。鑄鋼的耐磨性和強度均較好，但由于鑄造時內(nèi)應(yīng)力較大，輪坯加工前，應(yīng)經(jīng)正火或退火處理，也可進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 3.鑄鐵 鑄鐵抗彎強度、抗沖擊和耐磨性能較差，但抗膠合和點蝕能力較好，成本低，因此常用于低

30、速、輕載、大尺寸和開式齒輪傳動中。常用的鑄鐵牌號有:HT 200 ,HT 300 ,QT 500 -7等 4.非金屬材料 高速、輕載、精度要求不高的齒輪傳動中，齒輪可用非金屬材料制作，如尼龍、夾布塑膠等,上一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,一、齒輪的精度 漸開線圓柱齒輪精度國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10095.1-2001規(guī)定了m,0.5 mm的單個漸開線圓柱齒輪同側(cè)齒面的精度。標(biāo)準(zhǔn)中對齒輪規(guī)定了13個精度等級。0級的精度最高，12級的精度最低，齒輪副中兩個齒輪的精度等級一般取成相同。 實際應(yīng)用中，齒輪的各項公差可分為三組:第I組公差影響傳動的準(zhǔn)確性;第II組公差影響傳動的平穩(wěn)性;第IQ組公差影響載

31、荷分布的均勻性。允許各組公差選用不同的精度等級，但同一組中的各項公差應(yīng)具有相同等級,下一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,齒輪受力分析中計算出的總法向力Fn稱為名義載荷。而實際工作中，制造、安裝誤差，輪齒、軸和軸承受載后的變形，原動機與工作機的不同性能，傳動中工作載荷與工作速度的變化等因素都會使輪齒實際所受的載荷大于名義載荷。故輪齒強度計算時應(yīng)考慮上述因素的影響，用計算載荷F.來進(jìn)行計算。計算載荷Fm等于名義載荷乘以載荷系數(shù)K(其值選取見表6一9)，即,下一頁,上一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,三、許用應(yīng)力 對于鋼和鑄鐵齒輪，其齒面接觸疲勞強度的許用應(yīng)力H 和齒根彎曲疲勞強度的許用應(yīng)力F見

32、表6一10 四、齒面接觸疲勞強度計算 1.標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動齒面接觸疲勞強度計算 兩齒輪嚙合時，可以認(rèn)為是以兩齒廓在接觸點處的曲率半徑為半徑的兩個圓柱體互相接觸(如圖6一52)。由于齒面在不同點嚙合時，嚙合點處的曲率半徑是不同的，考慮點蝕通常出現(xiàn)在節(jié)點附近，一般來講，輪齒在節(jié)點處嚙合時齒面間的接觸應(yīng)力最大，因此以節(jié)點作為計算接觸應(yīng)力的計算點。,下一頁,上一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,下一頁,上一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,2.抖齒輪齒面接觸疲勞強度計算 斜齒圓柱齒輪的強度可近似用其當(dāng)量圓柱齒輪的強度來代替，因此斜齒輪的強度計算原理與直齒輪相同?？紤]到斜齒圓柱齒輪傳動齒面接觸線為斜直線，

33、接觸線長，重合度大，承載能力比較強等特點，可得到斜齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強度的計算公式為,下一頁,上一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,3.錐齒輪齒面接觸疲勞強度計異 圓錐齒輪的強度計算可近似地用平均分度圓處的當(dāng)量圓柱齒輪來代替，齒面接觸強度的計算公式為,下一頁,上一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,4.有關(guān)接觸強度的兩點說明 在對齒輪進(jìn)行接觸強度計算時，兩輪的接觸應(yīng)力相同，但許用接觸應(yīng)力一般不同。因此，以上各式中，應(yīng)取兩輪許用應(yīng)力的較小值代入;在載荷、齒輪材料、傳動比和齒寬一定的前提下，接觸疲勞強度主要與齒輪的分度圓直徑有關(guān)。 五、彎曲疲勞強度計算 1.直齒輪的彎曲疲勞強度計算,下一頁,上一

34、頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,2.抖齒輪彎曲疲勞強度計算 斜齒輪傳動時，齒面接觸線為斜直線，受載時，輪齒的折斷形式多為局部折斷。若按局部折斷計算斜齒輪的彎曲應(yīng)力較為困難，考慮斜齒輪的特點，對直齒輪的彎曲疲勞強度的計算公式進(jìn)行必要修正得斜齒輪的彎曲強度校核和設(shè)計公式為,下一頁,上一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,3.錐齒輪的彎曲疲勞強度計算 校核和設(shè)計公式分別為,下一頁,上一頁,返回,第十一節(jié)輪齒的強度計算,4.有關(guān)彎曲強度的兩點說明 在對齒輪進(jìn)行彎曲強度計算時，兩輪的彎曲應(yīng)力一般是不相等的，許用彎曲應(yīng)力一般也不同，因此在設(shè)計時應(yīng)代入兩輪Yes/F中的大者;在載荷、齒輪材料、傳動比和齒寬一

35、定的前提下，彎曲疲勞強度主要與齒輪的模數(shù)m有關(guān),上一頁,返回,第十二節(jié)設(shè)計實例,一、齒輪傳動主要設(shè)計參數(shù)的選擇 1.齒輪齒數(shù)z1和模數(shù)m 2.齒寬系數(shù)d或R 3.螺旋角 二、設(shè)計實例 例6 -2設(shè)計一帶式運輸機的單級減速器中的直齒圓柱齒輪傳動。已知減速器中的輸入功率10 kW ,滿載轉(zhuǎn)速n =960 r/min，傳動比i12 =4，單向運轉(zhuǎn)、載荷平穩(wěn)。 解1.選擇齒輪材料、確定許用應(yīng)力,下一頁,返回,第十二節(jié)設(shè)計實例,2.選取設(shè)計參數(shù) (1)小齒輪齒數(shù)z1 ，對于閉式軟齒面齒輪傳動，通常z1在2040之間選取?，F(xiàn)取z1 =24，則z2 =4 x 24=96 (2)齒數(shù)比u = i12 = 96/24 = 4 (3)齒寬系數(shù)d. 單級齒輪傳動，齒輪相對于兩支承對稱布置，兩輪均為軟齒面，查表6一11取d =1. 0 3.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 (1)小齒輪的轉(zhuǎn)矩 (2)載荷系數(shù) (3)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計得 (4)確定齒輪模數(shù) (5)小齒輪直徑,下一頁,上一頁,返回,第十二節(jié)設(shè)計實例,4.齒輪幾何尺