齒輪傳動(dòng)(第12章).ppt

1、1,齒輪傳動(dòng),第11章,2,11-1概述 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)： 功率、速度范圍廣 效率高; 結(jié)構(gòu)緊湊; 工作壽命長; 傳動(dòng)比準(zhǔn)確,開式傳動(dòng)：潤滑差，常用于低精度、低速傳動(dòng)； 閉式傳動(dòng)：齒輪置于封閉嚴(yán)密的箱體內(nèi)，精度高。潤滑及防護(hù)條件好。,3,11-2圓柱齒輪傳動(dòng)的基本參數(shù)、精度選擇,主要參數(shù)：模數(shù)、齒數(shù)、傳動(dòng)比、 齒數(shù)比、中心距、變位系數(shù)。,4,齒輪精度（1級(jí)）,766 G M GB1009588,齒厚下偏差,第公差組精度（平穩(wěn)性精度）,第公差組精度（接觸精度）,齒厚上偏差,第公差組精度（運(yùn)動(dòng)精度）,5,11.3齒輪傳動(dòng)的失效方式、材料及熱處理一。失效形式,1.輪齒折斷 齒根彎曲應(yīng)力大； 齒根應(yīng)力

2、集中,措施： 增大齒根圓角半徑； 正變位，增大模數(shù)； 強(qiáng)化處理：噴丸、滾壓處理；,6,.輪齒折斷,7,2.齒面點(diǎn)蝕,措施： 提高材料的硬度； 加強(qiáng)潤滑，提高油的粘度,輪齒在節(jié)圓附近一對(duì)齒受力 載荷大；滑動(dòng)速度低形成油膜條件差； 接觸疲勞產(chǎn)生的 小裂紋-擴(kuò)展-脫落-凹坑 。,8,3.齒面磨粒磨損,磨損也是一種常見的失效形式，砂粒、金屬屑,9,磨損,10,4.齒面膠合 高速重載；散熱不良； 滑動(dòng)速度大； 齒面粘連后撕脫,措施： 減小模數(shù)，降低齒高； 抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油； 材料的硬度及配對(duì),11,.齒面膠合,12,5.齒面塑性變形,措施：材料的選擇及硬度,13,磨損、塑性變形,14,彎曲折斷,點(diǎn)蝕

3、,膠合,磨損,塑性變形,齒輪的失效形式,現(xiàn)象與原因？ 改進(jìn)措施？,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,15,11.4齒輪的材料及熱處理 一.對(duì)齒輪材料的基本要求：齒面要硬，齒芯要韌。,經(jīng)濟(jì)性： 毛坯選擇 工藝要求：熱處理方式 硬度選擇：*軟齒面硬度350HBS； *軟齒面齒輪HBS1-HBS23050 * 避免膠合的合適配對(duì)： 軟軟；軟硬；軟鐵；硬硬。,16,二.常用齒輪材料 鋼 45 、 40Cr、20CrMnTi 鑄鋼 ZG310-570 鑄鐵 HT300、QT500-7 有色金屬： 銅合金、鋁合金 非金屬：夾布塑膠、尼龍,鋼制軟齒面齒輪要求小齒輪硬度大于大齒輪30-50 HBS,原因

4、：1）小齒輪齒根強(qiáng)度較弱,2）小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)較多,3)當(dāng)大小齒輪有較大硬度差時(shí)，較硬的小齒輪會(huì)對(duì)較軟的大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化的作用，可提高大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度,17,11.5圓柱齒輪的計(jì)算載荷 名義載荷：,18,輪齒的受力分析,Ft,Fr,19,考慮齒以外的其他因素對(duì)齒輪傳動(dòng)的影響， 主要考慮原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的影響,20,制造和安裝誤差，法節(jié)不相等，瞬時(shí)傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，產(chǎn)生角加速度 齒輪修緣,21,齒輪精度、速度,精度等級(jí),22,鼓形,輪齒載荷沿接觸線分布不均勻 軸上位置； 軸及支承剛度； 制造和安裝精度。,23,兩對(duì)以上齒輪嚙合時(shí)，載荷分配不均 表面硬度：硬度愈高，載荷分配愈不均 精度等級(jí)

5、： 精度低，載荷分配不均嚴(yán)重,24,11.5直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,閉式傳動(dòng)：按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和 齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。,開式傳動(dòng)：按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn) 行計(jì)算，考慮磨損的影響適當(dāng) 增大模數(shù)。（1015%）,必要時(shí)進(jìn)行：散熱能力計(jì)算；抗膠合能力計(jì)算,25,一。輪齒的受力分析,Ft,Fr,26,二。直齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算齒輪節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力 由式（2-41）：,27,ZE彈性系數(shù)表； ZH節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Ze重合度系數(shù) u齒數(shù)比 u2 / u1,28,四。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,建立力學(xué)模型： 假設(shè)全部載荷作用于齒頂； 不計(jì)徑向分力產(chǎn)生的壓應(yīng)力； 用30切線法

6、確定危險(xiǎn)截面。,29,計(jì)入齒根的應(yīng)力集中 考慮單對(duì)齒的嚙合點(diǎn)位置,30,開式齒輪m增大1015%；不小于1.5,31,直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 小結(jié),1. 應(yīng)力、許用應(yīng)力、強(qiáng)度的關(guān)系 兩齒輪彎曲應(yīng)力是否相同？許用應(yīng)力呢？,2.齒輪彎曲強(qiáng)度比較,32,3.兩輪接觸強(qiáng)度比較,由于一對(duì)齒輪齒面接觸面積相等，接觸點(diǎn)的應(yīng)力是大小相等方向相反的作用力與反作用力，故一對(duì)嚙合齒輪的接觸應(yīng)力是相等的，但通常情況下大小齒輪的許用接觸應(yīng)力不相等。,33,模數(shù)的單位：mm，它是決定齒輪尺寸的一個(gè)基本參數(shù)。齒數(shù)相同的齒輪，模數(shù)大，尺寸也大。,34,11.6齒輪傳動(dòng)的參數(shù)選擇和許用應(yīng)力 一。設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 1.齒數(shù)比u

7、 壓力角a,壓力角 齒厚 曲率半徑,彎曲強(qiáng)度 接觸強(qiáng)度,2.小輪齒數(shù)z1（d不變，即中心距a為定值）z1 重疊系數(shù)大，傳動(dòng)平穩(wěn)； 模數(shù)小，節(jié)約材料及加工量；但抗彎曲差； 齒高減小，降低VS，抗膠合能力強(qiáng)。,開式傳動(dòng) ：z1 =1720；閉式傳動(dòng)：z1 =2040,35,3.齒寬系數(shù) 齒愈寬，直徑和中心距小 但載荷分布不均,4.變位系數(shù) 避免根切； 湊中心距、湊傳動(dòng)比； 提高強(qiáng)度,36,二。齒輪傳動(dòng)許用應(yīng)力,37,一般取中間MQ偏下值； 對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力取70%。,38,分析中間齒輪接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的特點(diǎn)？,39,11.7斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 特點(diǎn)：齒逐漸進(jìn)入嚙合，傳動(dòng)平穩(wěn)； 接觸線較長

8、，承載能力高. 幾何尺寸： ?,40,一。 斜齒圓柱齒輪的 受力分析,41,（受力方向） 圓周力：主動(dòng)輪與轉(zhuǎn)向相反；從動(dòng)輪與轉(zhuǎn)向相同。 徑向力：指向圓心。 軸向力：可用左、右手判斷。,42,圓周力：主動(dòng)輪與轉(zhuǎn)向相反；從動(dòng)輪與轉(zhuǎn)向相同。 徑向力：指向圓心。 軸向力：可用左、右手判斷。,n,n,43,（人字齒輪）,44,（螺旋角選擇）,n,45,二。斜齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 與直齒輪相比，其特點(diǎn)： 總合力作用于法平面內(nèi) ； 重合度大；接觸線是傾斜的、變化的； 螺旋角對(duì)疲勞強(qiáng)度有利；,46,47,考慮接觸線傾斜對(duì)齒根受力的有利影響，引入螺旋角系數(shù)Y,YFa Ysa按當(dāng)量齒數(shù)zv,查圖； Y

9、根據(jù)螺旋角，查圖,三。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 按法面當(dāng)量直齒圓柱齒輪來計(jì)算,48,討論：,接觸線長度，承載能力，傳動(dòng)平穩(wěn)性,Fa，軸承負(fù)荷,Fa，軸承設(shè)計(jì)復(fù)雜，支承尺寸,加工困難,斜齒輪優(yōu)點(diǎn)不能發(fā)揮, 一般取,49,例題：設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)減速器的高速級(jí)斜齒輪傳動(dòng)。已知：P1=40kW，n1=960r/min， u=3.2，壽命15年，兩班制、平穩(wěn)、單向。,50,解：1.選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 采用硬齒面，大、小齒輪均用40Cr調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬4855HRc； 取z1=24，z2=uz1=77；i3.2 初選=14；7級(jí)精度；,2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì),51,52,3.按齒面彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì),53,。,

10、分析計(jì)算結(jié)果,4.幾何尺寸 計(jì)算,.必要時(shí)須進(jìn)行修正（本題未作修正）,54,11-8直齒圓錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 圓錐齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn),傳遞交叉軸的運(yùn)動(dòng)，常用=90； 速比i；vm/s； 制造安裝精度較低； 小輪常懸臂安裝，剛度低。,55,1、傳遞相交軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，常用,例如：,2、齒廓為球面漸開線,球面無法展成平面,發(fā)動(dòng)機(jī),56,3、模數(shù)是變化的,由大端小端：m由大變小，即齒厚不等收縮齒；,承載能力、輪齒剛度：大端大、小端?。?近似認(rèn)為：載荷集中作用于齒寬中點(diǎn)；,幾何計(jì)算時(shí)：大端m為標(biāo)準(zhǔn)值（易測量）。,4、制造精度不高，加工較困難（v不宜過高）,尺寸加工難度,5、安裝要求,大、小齒輪錐頂應(yīng)交于一

11、點(diǎn)，否則對(duì)應(yīng)的m不等， 不能正確嚙合影響強(qiáng)度和傳動(dòng)能力。,靠調(diào)整軸承處墊片來保證。,一般將錐齒輪置于圓柱齒輪之前。,57,一。直齒圓錐齒輪 幾何計(jì)算,58,59,二。直齒錐齒輪受力分析,60,61,練習(xí)：,轉(zhuǎn)向： 同時(shí)指向或同時(shí)背離嚙合點(diǎn),Fr：指向各自輪心,Fa：小端指向大端,62,一。直齒錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,63,2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,64,直齒圓錐齒輪的載荷系數(shù),使用系數(shù),動(dòng)載系數(shù),齒間,齒向,65,(1) 根據(jù)工作條件、材料等分析輪齒可能失效形式,裝置型式：,開式 閉式 半開式,工作情況：,低速 高速 重載 輕載,材料：,硬齒面：硬度350HBS 軟齒面：硬度

12、350HBS,(2) 建立相應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算式,(3) 合理選擇有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定d 或 m,(4) 考慮其它可能產(chǎn)生的失效形式，進(jìn)行強(qiáng)度校核,(5) 幾何尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)步驟,66,10-9 變位齒輪的強(qiáng)度計(jì)算概述,變位齒輪傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算的原理和標(biāo)準(zhǔn)齒 輪傳動(dòng)一樣。,2. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度：,變位齒輪的輪齒齒形有變化，因此輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 公式中的齒形系數(shù) 和應(yīng)力修正系數(shù) 也隨之變化， 但進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，仍用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的公式。,查有關(guān)齒輪國標(biāo),對(duì)正變位齒輪,X,齒根厚度,3. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度,高度變位時(shí)，輪齒的接觸強(qiáng)度不變，因此齒面接觸 強(qiáng)度計(jì)算公式中仍用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的公式。,67,角度高度變位（ ）齒輪傳動(dòng)時(shí)，輪齒的接觸強(qiáng) 度的變化用區(qū)域系數(shù)來體現(xiàn)：,角度高度變位的直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的區(qū)域系數(shù)為：,角度高度變位的斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的區(qū)域系數(shù)為：,查有關(guān)齒輪國標(biāo),對(duì)正傳動(dòng)：,4.有利于提高齒輪強(qiáng)度的變位系數(shù)推薦值見P227表10-10。,5.錐齒輪一般不作角度變位，為使大小齒輪傳動(dòng)的彎曲 強(qiáng)度接近，可采用切向變位。,68,11-10齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,11