機(jī)械設(shè)計(jì)課件第10章齒輪傳動(dòng).ppt

1、2020/8/4中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特刊作者：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特刊作者：第10章齒輪傳動(dòng)，10-2齒輪齒的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，10-3齒輪材料和選擇原則，10-6齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)，許用應(yīng)力和精度選擇，10-4齒輪傳動(dòng)計(jì)算載荷，10-8標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算，10-9齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，10-10齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑，10-1概述， 10-7標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，2020/8/4中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，作用：不僅用于要求：穩(wěn)定運(yùn)行和足夠的承載能力。 分類(lèi)，開(kāi)放式驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)單的保護(hù)蓋，大齒輪浸入油池，改善潤(rùn)滑，適合非重要的應(yīng)用；裸露，多塵，

2、易磨損，適合低速傳動(dòng)。10-1概述，半開(kāi)式驅(qū)動(dòng)，封閉式驅(qū)動(dòng)，全封閉，潤(rùn)滑良好，適用于重要應(yīng)用。按類(lèi)型、裝置類(lèi)型和使用條件劃分：硬齒面齒輪(齒面硬度350HBS)、正齒輪傳動(dòng)、斜齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、人字齒輪傳動(dòng)、動(dòng)力齒輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和軟齒面齒輪傳動(dòng)(齒面硬度350HBS)，主要是動(dòng)力傳動(dòng)，常高速重載或以精確運(yùn)動(dòng)為主，一般為輕載和高精度傳動(dòng)。2020年8月4日：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)作者潘存云教授，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)齒輪傳動(dòng)專(zhuān)業(yè)作者潘存云教授，齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)：傳動(dòng)效率可達(dá)99；在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率最高；結(jié)構(gòu)緊湊；與皮帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)相比，在相同的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間一般較小；工

3、作可靠，壽命長(zhǎng)；與各種變速器相比，傳動(dòng)比穩(wěn)定；無(wú)論是平均值還是瞬時(shí)值。這是齒輪傳動(dòng)被廣泛使用的原因之一。制造和安裝精度高，價(jià)格更貴。與皮帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)相比，本章研究的根本目的是掌握齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，即能夠根據(jù)齒輪工作條件的要求設(shè)計(jì)出可靠的齒輪。設(shè)計(jì)齒輪設(shè)計(jì)，確定齒輪的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式。主要參數(shù)有：模數(shù)m、齒數(shù)z、螺旋角和壓力角a、齒高系數(shù)h*a和徑向間隙系數(shù)c*。2020年8月至4月，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)特刊作者潘存云教授，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特刊作者潘存云教授，10-2齒輪齒的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，通常發(fā)生在齒根處，因嚴(yán)重過(guò)載和疲勞斷裂而突然斷裂。1.齒輪齒失效形式，潘存云教授開(kāi)發(fā)，2020年8月

4、4日。機(jī)械設(shè)計(jì)中，齒輪齒斷裂通常發(fā)生在齒根，如疲勞斷裂、嚴(yán)重過(guò)載突然斷裂和局部斷裂。1)疲勞斷裂原因：齒根彎曲應(yīng)力較大；齒根過(guò)渡圓弧處存在應(yīng)力集中。當(dāng)輪齒反復(fù)加載時(shí)，齒根處產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致輪齒疲勞斷裂。預(yù)防措施：增加齒根圓角半徑、x和齒面精度，通過(guò)熱處理降低應(yīng)力集中，提高材料的沖擊韌性；根據(jù)設(shè)計(jì)，F(xiàn)F。潘存云教授，2020年8月4日，機(jī)械設(shè)計(jì)，2)過(guò)載斷裂(或剪切)的原因：突然過(guò)載或強(qiáng)沖擊；模量太小，根部厚度太小，材料太脆。預(yù)防措施：精心操作；適當(dāng)增加模量；通過(guò)熱處理提高材料的沖擊韌性。3)部分骨折。在斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)中，輪齒工作面上的接觸線是一條對(duì)角線。輪齒加載后，如果有載荷集

5、中，就會(huì)發(fā)生局部斷裂。如果制造和安裝不良或軸的彎曲變形太大，齒輪齒的局部載荷太大，甚至直齒輪也會(huì)局部斷裂。局部斷裂，2020/8/4，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)：潘存云教授，齒面接觸應(yīng)力按脈動(dòng)周期變化。當(dāng)超過(guò)疲勞極限時(shí)，表面產(chǎn)生微裂紋，裂紋擴(kuò)展，顆粒被高壓油擠壓剝離。點(diǎn)蝕首先發(fā)生在節(jié)線上，齒面越硬，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。軟齒面封閉式齒輪傳動(dòng)經(jīng)常因點(diǎn)蝕而失效。齒面點(diǎn)蝕，失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則10-2齒輪齒，齒輪齒斷裂，失效形式，1。齒輪齒失效形式，2020年8月4日，機(jī)械設(shè)計(jì)，封閉齒輪傳動(dòng)中齒面點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕經(jīng)常發(fā)生。軟齒面封閉式齒輪傳動(dòng)經(jīng)常因點(diǎn)蝕而失效。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)不容易發(fā)生。點(diǎn)蝕：齒

6、面材料在接觸應(yīng)力變化的作用下疲勞產(chǎn)生的點(diǎn)蝕損傷現(xiàn)象。原因：齒面接觸應(yīng)力過(guò)大；當(dāng)裂紋出現(xiàn)時(shí)，油滲透到裂紋中，產(chǎn)生楔形裂紋。預(yù)防措施：提高齒面硬度；增加齒廓曲率半徑(降低接觸應(yīng)力)；增加油的粘度(有利于油膜的形成，分離兩個(gè)齒面，粘度高的油不容易滲入裂紋)。2020/8/4中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，潘存云教授開(kāi)發(fā)，齒面點(diǎn)蝕，齒面膠合，在高速重載傳動(dòng)中，潤(rùn)滑失效往往是由于嚙合區(qū)溫度升高，造成齒面間直接接觸和相互粘連。當(dāng)牙齒面對(duì)面滑動(dòng)時(shí)，較軟的牙齒表面沿著滑動(dòng)方向被撕開(kāi)以形成凹槽。10-2齒輪齒的失效形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，齒輪齒斷裂，失效形式，1。齒輪齒的失

7、效形式，2020/8/4，機(jī)械設(shè)計(jì)，齒面結(jié)合：嚙合齒面上的金屬在一定壓力下相互直接接觸。當(dāng)齒面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，較軟的齒面沿滑動(dòng)方向被撕裂形成凹槽。原因：溫度過(guò)高，導(dǎo)致油膜破裂。熱涂膠：高速重載，齒面摩擦，發(fā)熱量大；冷涂膠：低速重載，速度太低，不易產(chǎn)生油膜。預(yù)防或改善措施：對(duì)于低速和重載，可以改善油的粘度；對(duì)于高速重載，可以使用抗粘能力強(qiáng)的油；采用抗膠合能力強(qiáng)的材料，合理搭配齒輪；提高齒面硬度。由潘存云教授開(kāi)發(fā)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，由潘存云教授開(kāi)發(fā)，研究齒面膠合、齒面磨損、磨粒磨損、磨合磨損和磨粒磨損。齒面點(diǎn)蝕，失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則10-2齒輪

8、齒，齒輪齒斷裂，失效形式，1。齒輪齒失效形式，2020年8月4日，機(jī)械設(shè)計(jì)、齒面磨損、磨粒磨損和磨合磨損是開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。原因：沙子和金屬顆粒進(jìn)入嚙合齒面，導(dǎo)致磨損。預(yù)防或改善措施：增加齒面硬度；采用封閉式傳動(dòng)或加防護(hù)罩；改善潤(rùn)滑條件。，由潘存云教授開(kāi)發(fā)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者2020年8月至4月：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，由潘存云教授開(kāi)發(fā)，齒面膠合，齒面磨損，齒面點(diǎn)蝕，10-2齒輪齒的失效模式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，齒面斷裂，失效模式，齒面塑性變形表面凹陷，2020年8月4日，機(jī)械設(shè)計(jì)，塑性變形：齒面材料的塑性流動(dòng)導(dǎo)致齒面塑性變形。原因：牙齒表面太軟；負(fù)載太大。預(yù)

9、防措施：提高齒面硬度；提高油的粘度。由潘存云教授開(kāi)發(fā)，由潘存云教授開(kāi)發(fā)，由潘存云教授開(kāi)發(fā)，具有凸面和凹面。2020年8月至4月中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，摘要：一對(duì)實(shí)際嚙合的齒輪不可能同時(shí)產(chǎn)生上述五種失效模式。在特定工況下，主要采用上述五種失效模式中的一種或兩種。主要失效形式：開(kāi)式傳動(dòng)；齒面磨損和齒輪斷齒；封閉式傳動(dòng)：軟齒面(HBS350)鋼齒，點(diǎn)蝕；硬齒鋼齒或鑄鐵，齒輪齒斷裂。高速重載：膠合重載軟齒：塑性變形，2020/8/4，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)特約作者：潘存云教授，2。齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為保證齒根有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度，避免齒根斷裂，保證齒面有

10、足夠的接觸疲勞強(qiáng)度，避免齒面點(diǎn)蝕，從工程實(shí)踐來(lái)看：為了保證齒面的接觸疲勞強(qiáng)度，高速重載齒輪傳動(dòng)除了上述兩個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，還應(yīng)根據(jù)齒面的抗膠合能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。封閉硬齒面或開(kāi)式齒輪傳動(dòng)應(yīng)主要保證齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，1。防止點(diǎn)蝕的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：接觸疲勞強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，HH；防止斷裂：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則。2.計(jì)算特點(diǎn)(1)封閉式軟齒面鋼齒：主要基于接觸疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則；(2)封閉硬齒鋼齒或鑄鐵：基于彎曲疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則；(3)開(kāi)式傳動(dòng)：彎曲疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則是主要準(zhǔn)則，考慮到磨損的影響，適當(dāng)增加模量。(1015%) 3。理論彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：懸臂梁接觸疲勞強(qiáng)度理論：赫茲理論，2020

11、/8/4中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)特約作者：潘存云教授，首先，對(duì)于齒輪材料性能的要求，齒輪齒體應(yīng)具有較高的抗斷裂能力，齒面應(yīng)具有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕能力。10-3齒輪材料及選擇標(biāo)準(zhǔn)，常用齒輪材料，鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵，常用作低速、輕載和不太重要場(chǎng)合的齒輪材料；適用于高速、輕載和降噪。非金屬材料。鋼是常用的齒輪材料，具有良好的韌性和抗沖擊性，通過(guò)熱處理和化學(xué)處理可以提高其機(jī)械性能，最適合制造齒輪。具有良好的耐磨性和強(qiáng)度，常用于大型齒輪。碳含量為0.15%和0.6%的碳鋼或合金。普通齒輪用碳鋼，重要齒輪用合金鋼。2020/8/4中國(guó)地質(zhì)大學(xué)：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，常用材料(1)鋼

12、：45、40Cr、40Cr、ZG310570、ZG340640等。(2)鑄鐵：HT250、HT300、HT350、QT5005、QT6002、ZG310-570 (3)非金屬材料：如編織塑料、尼龍等。，2020/8/4中國(guó)地質(zhì)大學(xué)：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，由潘存云教授開(kāi)發(fā)，2020/8/4中國(guó)地質(zhì)大學(xué)：潘存云教授，機(jī)械設(shè)計(jì)，由潘存云教授開(kāi)發(fā)，2020/8/4中國(guó)地質(zhì)大學(xué)：機(jī)械設(shè)計(jì)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)：潘存云教授，熱處理方法，表面淬火，滲碳淬火，回火，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，齒變形小，不會(huì)磨損，硬度可達(dá)5256HRC，表面堅(jiān)硬，芯部柔軟，能承受一定的沖擊載荷。1.表面淬火、高頻淬火和火焰淬火；3.齒輪材料的熱處理和化學(xué)處理：2.滲碳和淬火。滲碳鋼是碳含量為0.15%和0.25%的低碳鋼和低