《齿轮强度计算》PPT课件.ppt

5-7 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、齿面胶合二、计算准则,机械设计基础 齿轮传动,1 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),机械设计基础 齿轮传动,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,2、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,机械设计基础 齿轮传动,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,3、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,机械设计基础 齿轮传动,采取措施:加强润滑开式改闭式传动,4 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,机械设计基础 齿轮传动,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,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 限制弯曲应力,机械设计基础 齿轮传动,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,5-8 齿轮的材料,轮齿材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧,机械设计基础 齿轮传动,锻钢-（中低碳钢、合金钢）齿表面硬度大齿轮25-50HBS常用材料：45，35SiMn,40Cr,35CrMn.,铸钢热处理：正火，回火材料：ZG310-570,ZG340-640应用：大尺寸齿轮（400-600）,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,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：布（木）质塑料、尼龙应用：高速、轻载、要求噪声低,5-10 直齿轮轮齿弯曲疲劳强度计算,1、作用力的分析2、轮齿的弯曲疲劳强度计算,机械设计基础 齿轮传动,简化：计算轮齿的弯曲强度时，可将轮齿看作一个悬臂梁。且认为只有一对轮齿传递全部载荷轮齿的疲劳折断与弯曲疲劳强度有关,机械设计基础 齿轮传动,法向力可以分解为两个分力：弯曲分力 FH=Fn cos压缩分力 Fv=Fn sin,一、作用力的分析,危险剖面的弯曲应力为：,机械设计基础 齿轮传动,校核公式：设计公式：,一、轮齿的弯曲疲劳强度计算,注意：1 齿宽系数、齿数z12 许用弯曲应力F3 F的取值:min(F1/YF1,F2/YF2),YF为齿形系数，只与齿形有关，即与压力角、齿顶高系数、齿数有关，而与模数无关。,假设：单对齿啮合，力作用在节点P，不计Ff轮齿间的总压力法向力Fn,沿啮合线指向齿面1、Fn 的分解：圆周力Ft、径向力Fr 圆周力Ft:沿节圆切线方向指向齿面径向力Fr:沿半径方向指向轮心,机械设计基础 齿轮传动,2、作用力的大小：Ft2T1/d1 FrFttana,二、受力分析,T1 小齿轮传递的转矩,mmd1 小齿轮节圆直径,mma 啮合角,轮齿齿面的接触疲劳强度计算近似以节点为准有曲率的齿廓接触点接触应力赫兹公式校核公式：,机械设计基础 齿轮传动,设计公式：,二、轮齿的接触疲劳强度计算,由式可知，当齿轮的材料、传动比及齿宽系数一定时，由轮齿表面接触强度所决定的承载能力，仅与中心距有关，即中心距越大，承载能力越强，相应实际应力越小齿宽系数越大，中心距越小两轮的接触应力相等H=min(H1,H2),1 压力角a的选择：一般齿轮=20；航空用齿轮=252 齿数z的选择d1一定，齿数z1重合度平稳性好 m小加工量，但齿轮弯曲强度差闭式软齿面：z1宜取多提高平稳性，z1=2040开式或闭式硬齿面：z1宜取少保证轮齿弯曲强度,z1 17,机械设计基础 齿轮传动,3 齿宽系数的选择yd b 承载能力(p196)但载荷分布不 均匀应取得适当计算(实用)齿宽：b=ydd1,B1=b+58,B2=b,相关参数选择,例题1,已知：如图求：齿轮2、3的圆周力的方向,机械设计基础 齿轮传动,正确,习题,例题2,已知：如图求：齿轮2、3的圆周力的方向,机械设计基础 齿轮传动,正确,习题,