清华机械设计 第2.4章齿轮传动 肖丽英

第2.4章齿轮传动设计第2.4章齿轮传动齿轮传动的特点2.4.1齿轮传动的名义载荷和计算载荷2.4.2齿轮传动的失效形式和设计准则2.4.3齿轮材料及热处理2.4.4齿轮传动的精度选择2.4.5齿轮传动的疲劳强度计算.0接触强度.1直齿圆柱齿轮的强度计算.2斜齿圆柱齿轮的强度计算.3锥齿圆柱齿轮的计算齿轮传动的特点齿轮传动的特点啮合传动，效率高;结构紧凑;效率高：单级最高可达99%;传递功率大，可达几十千瓦。结构紧凑。传动比稳定、准确；工作可靠，寿命长。传动比稳定，单级最大传动比为8。加工精度较高，安装也较复杂，造价较高。仅适用于近距离传动。齿轮传动的分类：按照润滑方式分：开式传动：无防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外，适用于低速传动闭式传动：安装在箱体内，润滑条件好，适用于重要的传动场合。半开式：有简单的防护装置，有时大齿轮浸油润滑按照齿轮齿面硬度分：软齿面：HBW≤350,调质或正火硬齿面：HBW＞350，淬火等齿轮传动的特点2.4.1齿轮传动的受力分析齿轮传动受力分析的目的1名义载荷和计算载荷2直齿轮的受力分析3斜齿轮的受力分析4锥齿轮的受力分析2.4.1齿轮传动的受力分析齿轮传动受力分析的目的计算齿轮的强度；设计轴及选择轴承的依据齿轮传动中轮齿受力的类型工作力：法向力Fn附加动载荷外部动载荷：由原动机及工作机引起的内部动载荷：齿轮的制造、安装误差及工作变形等摩擦力：传动时产生的轮齿间的相对滑动引起摩擦，一般较小且有润滑，一般可忽略不计。1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷mmNnPT.1055.91161mmNKTTca.1计算载荷：使用系数P58,表2-15动载系数，P58,图2-23齿间载荷分布系数P58表2-16齿向载荷分布系数P59表2-17名义载荷：转距KKKKKvA载荷系数：使用系数KA：P58表2-15与工作机、原动机有关载荷状况工作机器原动机…………均匀平稳发动机等1.01.11.251.5轻微冲击机床主传动1.251.351.51.75中等冲击木工机械等1.51.61.752.0严重冲击破等碎机1.751.852.02.251、齿轮传动的名义载荷和计算载荷动载荷系数Kv，P58,图2－23制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比不准确，产生角加速度减小动载荷的方法：齿轮修缘1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷)232(图动载系数：vK与齿轮精度、速度有关1、齿轮传动的名义载荷和计算载荷鼓形两对以上轮齿啮合时，载荷分配不均制造和安装精度表面硬化及精度p58（表2-16)K齿间载荷分配系数：.3K齿向载荷分布系数：.4轮齿载荷沿接触线分布不均匀轴上位置；轴及支承刚度；P59表2-17K2.齿轮传动的啮合力的计算受力分析的几点假设齿轮传递的扭矩恒定，没有冲击和振动。全部载荷由一对轮齿承担，把沿齿宽方向的分布载荷简化为齿宽中点上的集中应力。工作时，主动轮的齿根拨动从动轮齿顶开始，到主动轮齿顶离开从动轮的齿根结束。直齿轮的受力分析受力大小力的方向21cosntnFFF法向力21112ttFdTF切向力211rtrFtgFF径向力其中：T1—小齿轮的扭矩，N•mm;d1—小齿轮的节圆直径，mm；—压力角，对标准齿轮，=20°。Ftd1CFnFrFtFrb斜齿圆柱齿轮受力分析11/2dTFtcos/tFFcos/ntnrtgFtgFFtgFFta)cos/(cos)cos/(coscos/bttntnnFFFFF’受力大小主动斜齿圆柱齿轮的受力分析圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同径向力：指向圆心轴向力：可用左、右手判断。Fa1Fa2力的方向nn斜齿圆柱齿轮的受力分析斜齿圆柱齿轮的受力分析哪个方案中间轴的受力小？锥齿轮的受力分析112mtdTF211cosatrFtgFF211sinrtaFtgFF受力大小n1锥齿轮的受力分析力的方向径向力：指向圆心轴向力：小端指向大端圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同圆锥齿轮传动设计参数)35.0~25.0(取齿宽系数RbR)5.01(Rmdd)5.01(Rmmm21)2()2(212221udddRcoszzv211212tancotddzzumzd)5.01(Rbddm2.4.2齿轮传动的失效形式和设计准则齿轮工作情况轮齿的失效形式设计准则齿轮工作情况按齿轮的润滑、密封形式齿轮的工作情况按齿轮的润滑、密封形式主动被动2.4.2齿轮传动的失效形式和设计准则轮齿的失效形式主要是轮齿的失效，其它部分（轮毂、轮辐）很少失效。1、轮齿折断2、齿面点蚀3、齿面磨损4、齿面胶合5、齿面塑性变形小结2.4.2齿轮传动的失效形式和设计准则Ldadwd轮缘轮辐轮毂1.轮齿折断采取措施材料及热处理增大模数增大齿根圆角半径消除刀痕：喷丸、滚压处理；增大轴及支承刚度。原因齿根弯曲应力大；齿根应力集中Fn折断发生在齿根处轮齿的失效形式.轮齿折断2、齿面点蚀采取措施：提高材料的硬度；加强润滑，提高油的粘度形成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。轮齿的失效形式轮齿的失效形式齿面点蚀3、齿面磨损原因：相对滑动措施：加强润滑；开式改闭式传动主动被动轮齿的失效形式4.齿面胶合原因：高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连后撕脱采取措施：减小模数，降低齿高；抗胶合能力强的润滑油；材料的硬度及配对轮齿的失效形式5.齿面塑性变形原因：重载，齿面软措施：提高材料的硬度，减小接触应力，改善润滑被动相对滑动方向主动轮齿的失效形式塑性变形轮齿的失效形式齿面塑性变形被动相对滑动方向主动主动被动弯曲折断点蚀胶合磨损塑性变形轮齿的失效形式现象与原因？改进措施？。。。。。。。。。。轮齿的失效形式引起传动失效的影响因素工作情况：速度、载荷的大小等防护情况：开式、半开式、闭式材料及热处理：失效形式轮齿的失效—轮齿的折断静载荷折断——尖峰或冲击载荷疲劳折断——变化的载荷齿面的失效接触疲劳点蚀（收敛性、扩展性）齿面磨损—磨粒磨损为主齿面胶合—重载高速，由于瞬时温升引起的齿面塑性流动—低速重载、频繁起动或过载传动设计准则闭式传动：按保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行计算。开式传动：按保证齿根弯曲疲劳强度进行计算，考虑磨损的影响适当增大模数。（10～15%）必要时进行：抗胶合能力计算2.4.3齿轮的材料热处理基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。1.功能要求：功率、可靠度、质量、环境2.工艺要求：毛坯选择；热处理方式3.硬度选择：*软齿面硬度350HBW；*软齿面齿轮HBW1-HBW230～50*常用材料：表2-19P64-65常用齿轮材料2.4.3齿轮的材料及热处理调质钢45、锻钢合金钢40Cr钢渗碳钢20CrMnTi金属铸钢ZG310-570铸铁HT250、QT500-5非金属夹布塑胶,尼龙:适用于载荷小、高速及精度要求不高的场合，但一般考虑散热条件，不成对使用。da≤400~500mm的齿轮da≥400~500mmP64表2-19齿轮常用金属材料材料2.4.3齿轮的材料及热处理齿轮材料的热处理整体淬火：40Cr表面淬火：45、40Cr、40CrNi渗碳淬火：20、20Cr、20CrMnTi渗氮碳氮共渗2.4.4齿轮传动的精度齿轮的精度等级：0~12级，精度由高到低P66表2-20精度等级的适用范围及加工方法P66表2-21各类机械用齿轮传动的精度范围