机械设计基础课件齿轮传动

2004-2005第一学期编制：吕亚清1机械设计基础主讲：吕亚清机械工程学院机械基础研究室2004-2005第一学期编制：吕亚清2第十一章齿轮传动§11－1概述§11－2齿轮的材料及热处理§11－3轮齿失效形式及设计准则§11－4齿轮传动的精度§11－5直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷§11－6直齿圆柱齿轮强度计算§11－7齿轮的构造§11－8齿轮传动的润滑和效率2004-2005第一学期编制：吕亚清3按工作条件分类按载荷情况分类闭式传动└硬齿面HBS＞350开式传动齿轮传动的分类:低速轻载:V≤1～3m/S;Fn≤5～10KN中速中载:3m/S＜V＜10m/S;10KN≤Fn＜50KN高速重载:V≥10m/S;Fn≥50KN┌软齿面HBS≤350§11－1概述2004-2005第一学期编制：吕亚清4轮齿材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧锻钢---（中低碳钢、合金钢）1.齿表面硬度=350HBS的齿轮热处理：调质或正火小齿轮硬度大齿轮25-50HBS常用材料：45，35SiMn,40Cr,35CrMn...2.齿表面硬度350HBS的齿轮热处理：淬火,表面淬火---40-60HRC常用材料：45，35SiMn,40Cr,20CrMnTi…§11－2齿轮的材料和热处理2004-2005第一学期编制：吕亚清5轮齿材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧铸钢热处理：正火，回火材料：ZG310-570,ZG340-640应用：大尺寸齿轮（400-600）铸铁材料：HT200,HT300,QT500-7应用：开式、低速、无冲击场合非金属材料材料：夹布胶木、尼龙应用：高速、轻载、要求噪声低§11－2齿轮的材料和热处理2004-2005第一学期编制：吕亚清6钢制齿轮加工工艺过程硬齿面齿轮：坯料→热(正)→切齿→表面硬化处理(淬火、氰化、氮化)→精加工（磨齿）软齿面齿轮：坯料→热(正、调)→切齿(一般8级、精切7级)2004-2005第一学期编制：吕亚清7硬度硬度：金属局部抵抗其它更硬物体压入其表面的能力布氏硬度HBS：硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的材料，一般HBS450HBW：硬度机压头为硬质合金钢球，适用于450~650HBWHRC、HRB、HRA:洛氏硬度120º金刚石锥体，载荷150kgf,不能测硬、脆的薄层零件HV:维氏硬度136º金刚石四角锥体，载荷小，5-30kgf三种硬度单位之比较：HV(维氏)≈HBS(布氏)；HRC(洛氏)×10≈HBS2004-2005第一学期编制：吕亚清8热处理方法1退火降低硬度、提高韧性、细化晶粒、消除内应力2正火用于处理低中碳钢，代替低中碳钢的退火。提高硬度，增加韧性，易于切削，减少应力3淬火（蘸火）提高硬度和耐磨性、但内应力增大，会发脆，应再回火4回火消除淬火后的内应力，以获得零件所需的性能，提高韧性低温回火：高强度、高硬度及良好的耐磨性中温回火：高弹性、硬度中等高温回火：强度、塑性、韧性都较好(调质——淬火+高温回火)正火(空冷)退火(炉冷)回火加热保温淬火时间温度2004-2005第一学期编制：吕亚清9表面热处理表面热处理：表面增硬，芯部韧表面淬火法（火焰加热、感应加热…）化学热处理（渗碳、氮化、氰化...）2004-2005第一学期编制：吕亚清10§11－3轮齿的失效形式及计算准则一、失效形式1.轮齿折断2.齿面磨料磨损3.齿面疲劳点蚀4.齿面胶合5.齿面塑性变形二、计算准则2004-2005第一学期编制：吕亚清111.轮齿折断产生原因:齿根弯曲应力大齿根应力集中折断类型:疲劳折断—反复应力疲劳裂纹轮齿疲劳折断突然折断—齿轮为脆性材料时，受到过载或冲击时产生变形折断—制造或安装不准确，以及轴的变形引起发生部位：轮齿根部(全齿折断)、缺角(斜齿轮局部折断)采取措施:增大齿根过渡圆角、消除加工倒痕减小应力集中增大轴及支承的刚性受载均匀合适热处理齿芯具有足够韧性、表面强化Fn2004-2005第一学期编制：吕亚清122.齿面磨料磨损发生机理：磨料(沙粒、铁屑等)进入啮合区齿面磨损齿形破坏齿根减薄（根部严重）断齿发生部位：齿面发生状况：开式齿轮传动的主要失效形式采取措施:加强润滑开式改闭式传动2004-2005第一学期编制：吕亚清133.齿面疲劳点蚀产生原因:轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大滑动速度低形成油膜条件差接触疲劳产生麻点发生部位：偏向齿根的节线附近闭式齿轮传动的主要破坏形式开式传动中一般不会出现点蚀现象采取措施:提高材料硬度增强抗点蚀能力合理选择润滑油防止裂纹扩展2004-2005第一学期编制：吕亚清144.齿面胶合产生原因:高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连后撕脱发生部位：沿运动方向撕裂采取措施:减小模数，降低齿高抗胶合能力强的润滑油材料的硬度及配对2004-2005第一学期编制：吕亚清15产生原因：齿面较软，载荷及摩擦力又很大→齿面沿摩擦力方向塑性变形→主凹、从凸ω2ω1发生状况：低速重载软齿面闭式传动的主要破坏形式。5.齿面塑性变形采取措施：提高齿面硬度采用粘度较大的润滑油2004-2005第一学期编制：吕亚清16防齿面点蚀齿面接触疲劳强度计算求尺寸d或a限制接触应力防轮齿折断齿根弯曲疲劳强度计算求模数ｍ限制弯曲应力闭式软齿面——以保证接触疲劳强度为主闭式硬齿面——以保证弯曲疲劳强度为主开式传动——以保证弯曲疲劳强度为准则二、计算准则2004-2005第一学期编制：吕亚清17∵┌相对运动└储存润滑剂┌Ⅰ组:传递运动的准确性│Ⅱ组:传递运动的平稳性└Ⅲ组:载荷分布的均匀性→12级,常用6～9级二.齿轮精度→三.齿轮副侧隙一.齿轮精度等级标准齿轮:理论上→(分度圆)齿厚=齿槽实际上→齿厚≠齿槽→齿轮副侧隙→齿厚减簿精度等级的选择－表11-2P.162§11－4齿轮传动的精度∵安装制造→误差→影响正常工作→精度2004-2005第一学期编制：吕亚清18圆周力Ｆt：径向力Ｆr：Fn§11-5直齿圆柱齿轮传动作用力及计算载荷FrFt设一对标准齿轮正确安装，齿廓在C点接触，略去Ｆf不计→轮齿间的总压力为Ｆn,沿啮合线指向齿面一.Ｆn的分解：→对Ｆn进行分解：沿半径方向指向齿面沿分度圆切线方向指向齿面2004-2005第一学期编制：吕亚清19Ft＝2T1／ｄ1(11-1)Fr＝Ft·ｔgαFn＝Ft／cosαＴ1:小齿轮转矩Ｎ·mm,ｄ1:小齿轮分度圆直径mm,α:压力角FrFtmmNnpT61055.9P－功率kw，转速－r/min二.作用力的大小：2004-2005第一学期编制：吕亚清20三.作用力的方向及判断与Ｖ1反向与Ｖ2同向Ｆt2(从):－由啮合点指向轮心(外)Ft2Fr2Fr1Ft1Fr1Fr2Ft2示意图Ft12121rrttFFFFCω1ω2Ft2Ft1Fr2Fr1VＦt1(主):ＦtＦr2004-2005第一学期编制：吕亚清21计算载荷:Fca=K·FnFn－名义载荷K－载荷系数查表11-3P.164四.计算载荷载荷系数用以考虑以下因素的影响：1.考虑原动机和工作机的工作特性、轴和联轴器系统的质量和刚度以及运行状态等外部因素引起的附加载荷；2.考虑齿轮副在啮合过程中因制造及啮合误差（基圆齿距误差、齿形误差和轮齿变形等）和运转速度而引起的内部附加载荷；3.考虑由于轴的变形和齿轮制造误差等引起载荷沿齿宽分布不均匀的影响；4.考虑同时参与啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的影响。2004-2005第一学期编制：吕亚清22FnFtFr一、齿面接触疲劳强度计算轮齿齿面的接触疲劳强度计算近似以节点为准。应用弹性力学赫兹公式并整理得：设计公式：验算公式：aHVEHHMPuubdKKTZZZ][12211mmuuKTKdHdd32111][说明:①当一对齿轮的材料、传动比、齿宽系数一时，轮齿的表面接触强度仅取决于小轮分度圆直径d1。②σH1=σH2;[σH]1[σH]2→以较小[σH]值代入计算。§11-6直齿圆柱齿轮强度计算2004-2005第一学期编制：吕亚清23二、齿根弯曲疲劳强度计算1.力的分析2121cos66bslFbslFWMFnHFYF为齿形系数，与压力角、齿顶高系数、齿数有关，而与模数无关。见P173图8-44。cos)(cos)(621msmlYFF弯曲应力2.强度计算FHFnlFVs1FnF法向力FnFH=FncosF（弯曲）Fv=FnsinF（压缩）忽略FtYbmF2004-2005第一学期编制：吕亚清24aFdVFFMPmdKKTY][2211设计公式：验算公式：mmYzKTKmFFdmn3211][说明：1）接触应力H1=H2，弯曲应力F1F2（两轮分别校核）2）材料不同,通常[H1][H2],[F1][F2]计算时以[H]的小值及YF/[F]的大值代入3）Z1传动平稳性，m弯曲强度设计时：软齿面Z1取稍大值为好Z1=2440硬齿面要求m，则取Z1174）齿宽系数a中心距a结构紧凑b载荷分布不均易产生载荷集中断齿2004-2005第一学期编制：吕亚清25定义：连杆机构由若干个构件通过低副连接而组成，又称为低副机构。共同特点：原动件1的运动经过不与机架直接相连的中间构件2传递到从动件3上。中间构件称为连杆。构件多呈杆状——简称为杆根据杆数命名，例如：四杆机构动画动画动画§1－1连杆机构及其传动特点