机械设计课件濮良贵10a.ppt
第三篇 机械传动,一 传动的重要性工作机与原动机的运动形式和速度大小不同工作机的变速要求一台原动机带动若干不同速度工作机工作机与原动机分开,传动的分类,机械传动,101 概述,齿轮传动的特点 工作可靠，传动比稳定，结构紧凑，效率高，寿命长。,二 齿轮传动的分类:(按工作条件分类),软齿面 HBS350硬齿面 HBS350,闭式传动 开式传动(半开式传动）,第十章 齿轮传动,102 轮齿的失效形式及计算准则,(一)轮齿的失效形式,1.轮齿折断（开式或硬齿）疲劳折断,2.齿面点蚀（闭式软齿面）,过载折断（脆性（铸铁或硬齿）加冲击）,全齿折断(直齿齿根裂纹扩展所至）,缺角(斜齿接触线为斜线),靠近节线的齿根表面有点状脱落，出现凹坑点蚀,原因：交变的H反复作用裂纹扩展 摩擦力的作用带动表面材料 油压的作用促使裂纹扩展,5.塑性变形 应力过大材料屈服塑性流动 齿面变形,4.齿面磨损(开式),油不净磨料磨损齿形破坏 齿根减薄（根部严重）断齿,3.齿面胶合(高速、重载),压力大、温度高润滑失效表面粘连沿运动方 向撕裂,(二)设计准则,防齿面点蚀,防轮齿折断,齿面接触疲劳强度计算求尺寸d 或a 限制接触应力,齿根弯曲疲劳强度计算求模数 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,103 齿轮的材料及其选择原则,1.齿面要硬,齿芯要韧 2.易于加工及热处理 3.软齿面齿轮齿面配对硬度差为3050HBS,(一).对齿轮材料的基本要求,(二).常用的齿轮材料,1.钢含碳量为0.10.6常用 性能最好(可通过热处理提高机械性能)锻钢钢材经锻造,性能提高最常用 45、35SiMn、42SiMn、40Cr、35CrMo(2)铸钢齿轮较大(d400600)时采用 ZG310-570、ZG340-640 成本高,2.铸铁用于开式、低速齿轮，强度差，易成型 灰口铸铁 HT200、HT300 球墨铸铁 QT500-7,3.非金属材料用于小功率、速度高低噪音,软齿面：正火、调质 两轮材料相同时，采用不同的热处理 硬齿面：低碳钢渗碳淬火 中碳钢表面淬火,(三).常用热处理：,(四).钢制齿轮加工工艺过程,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),硬齿面齿轮：,104 齿轮传动的计算载荷,齿轮沿接触线的平均线载荷p为：p=Fn/L（N/mm）,Fn法向载荷L接触线长,计算载荷：pca=Kp=KFn/L载荷系数：K=KAKVKK,1 使用系数KA,影响因素：原动机、工作机的机械特性 表102,考虑外部因素引起的附加动载荷影响,3 齿间载荷分配系数K,4 齿向载荷分布系数K,影响因素：齿轮的精度、圆周速度 图108,影响因素：齿轮的精度、齿面硬度 表103,影响因素：精度、齿面硬度、齿宽、齿轮相对轴 承的位置 表104 图10-13,考虑齿轮副双齿啮合时各齿对载荷分配不均匀的影响,考虑载荷沿轮齿齿宽分布不均匀的影响,2 动载荷系数KV,考虑齿轮副本身因误差、变形带来 冲击而引起的附加动载荷影响,假设：单齿对啮合，力作用在节点，不计f，轮齿间的法向力n,沿啮合线指向齿面。,圆周力t：沿节圆切线方向指向齿面,(一)轮齿的受力分析,105 标准直齿圆柱齿轮传动强度计算,1.n 的分解：,圆周力t：径向力r：,径向力r：沿半径方向指向齿面（轮心）,n,2.作用力的大小：,1 小齿轮传递的转矩mm1 小齿轮节圆直径mm;啮合角,(10-3),3.作用力的方向判断及关系：,t1(主):,Ft1,Fr1,Ft1,Fr1,Fr2,Ft2,Ft2,Fr2,r1 r2,与1 反向 与2 同向,t2(从):,分别指向各自轮心,：画受力图时，各分力画在啮合点上,关系：t1=t2 r1=r2,t,计算点：法向力n作用在齿顶且假设 为单齿对啮合，轮齿为悬臂梁危险截面：齿根某处30切线法确定,拉应力加速裂纹扩展只计弯曲拉应力,(二)齿根弯曲疲劳强度计算,齿根危险截面的弯曲应力为：,弯曲强度校核公式：,令：,齿形系数 表105,考虑齿根应力集中的影响引进应力校正系数YSa，YFa、YSa与模数无关，只与齿形（齿数）有关,其中：Ft=2T1d1 d1=mz1,齿宽系数：d=bd1（重要）表107,(10-5a),弯曲强度设计公式：,(三)齿面接触疲劳强度计算,由公式计算出 模数去套标准,有曲率的齿廓接触点接触应力赫兹公式,(10-5),令：pca=FcaL,计算点：节点单齿对啮合综合曲率半径为,综合曲率半径 弹性影响系数 表106,曲率半径=？,则有：,u=z2z1（=d2d1=i）齿数比,标准齿轮，节圆=分度园，则1=d1sin2,代入得：,区域系数，标准直齿为2.5,齿面接触强度 校核公式,若将ZH=2.5 代入，可得：,齿面接触强度设计公式,齿面接触强度公式,（四）齿轮传动强度计算说明,因配对齿轮H1=H2，按接触设计时取 H 1 与H 2的较小者代入设计公式 2.硬齿面齿轮传动，材料、硬度一样，设计时 分别按两种强度设计，取较大者为计算结果,(10-8a),(10-9a),弯曲强度公式：,3.因Z1Z2YFa1YSa1与YFa2YSa2不同F1 与F2不同即两轮弯曲应力不同，而F1与F2不同 设计取 比值YFa1YSa1 F1与YFa2YSa2 F2 的较大者代入,设计时，初选K=Kt=1.21.4计算出d1t(mnt)计算KvKK计算K修正,齿轮传动的设计参数选择,106 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择,压力角的选择:一般齿轮=20；航空用齿轮=25,齿数的选择：d1一定，齿数1 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：1宜取多提高平稳性，1=2040开式或闭式硬齿面：1宜取少保证轮齿弯曲强度 1 17(ha*=1,C*=0.25),齿轮传动的许用应力,d b 承载能力 表107 但载荷分布不 均匀应取得适当 计算（实用）齿宽：b=d d1 B1=b+58 B2=b,疲劳强度安全系数 S 接触：S=SH=1 弯曲:S=SF=1.251.5,齿宽系数d 的选择：,齿轮的许用应力：,齿轮的疲劳极限lim：接触：lim=Hlim_ 依材料、热处理、硬度查图1021弯曲:lim=FE 依材料、热处理、硬度查图1020 取中间偏下值，即在MQ与ML中间选值,寿命系数KN考虑应力循环次数影响接触：KN=KHN_ 由N查图1019弯曲:KN=KFN 由N查图1018 N=60njLh n齿轮的转速（rmin）j齿轮转一周时，同一齿面参加啮合的次数 Lh齿轮的工作寿命 Lh=年数300班数8（h）,齿轮精度的选择（表108）,齿轮设计基本步骤,选材料、精度、Z、d,设计计算（d或m）,（校核计算）,尺寸计算,结构设计及零件图,由接触、弯曲设计出模数，依强度特点取其中一个套标准。适当调整齿数,107 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,1.旋向:左、右旋 的判断(-分度圆柱上的螺旋角)右 左,（一）作用力分析,2.n 的分解：,轴向力a 与轴线平行并指向齿面,轴向力a的判断,依主动轮左或右旋定左或右手 四手指代表轮转向，握拳大拇 指指向为方向（不能用在从动轮上）,左右手定则：,3.作用力的大小：,圆周力t 径向力r,n,4.主从关系：t1=t2 r1=r2 a1=a2,配对齿轮旋向相反,分析：平稳性好，但a 轴承要求高，一般取=820 采用人字齿轮可消除轴向力可取=1540,Ft1,Fr1,Ft1,Fr1,Fr2,Ft2,Fr2,左,Fa1,Fa1,Fa2,Fa2,Ft2,右,斜齿轮受力分析：,1.接触线长度：接触线倾斜+重合度接触线长度=,2.计算载荷：,系数K类似于直齿,（二）计算载荷,由于的影响，接触线倾斜，计算弯矩的力臂相当于减少，斜齿的弯曲应力也减少，引进螺旋角影响系数Y，图1028,（三）齿根弯曲疲劳强度计算,轴面重合度,齿根弯曲疲劳强度计算公式,YFa、YSa由zv=zcos3查表,斜齿,直齿,（四）齿面接触疲劳强度计算,综合曲率半径：,代入得：,区域系数 图1030,齿面接触疲劳强度计算公式,斜齿,直齿,斜齿传动接触线倾斜，当大齿轮齿根出现点蚀时，齿 顶部位仍可承担载荷，因此接触许用应力取决于两者。,（五）斜齿轮传动设计计算说明,(1)初选螺旋角 一般=1215(2)接触许用应力H 与直齿不同(3)法面模数n 套标准取值(4)几何尺寸计算：中心距a取整数修正角计算直径、齿宽,108 标准直齿圆锥齿轮传动的强度计算,（一）设计参数（=90）,标准值大端参数设计计算齿宽中点处 当量齿轮,锥距,齿数比,平均分度园直径,齿宽系数,齿宽中点当量齿轮分度园半径,齿宽中点当量齿轮齿数,齿宽中点当量齿轮齿数比,齿宽中点当量齿轮齿数,（二）轮齿的受力分析,1.n 的分解：同斜齿轮2.作用力的大小,Ft1,Ft2,Fa2,Fr1,Fr2,a 由小端指向大端,t1=t2r1=a2 a1=r2,Fa1,3.主从关系,（三）齿根弯曲疲劳强度计算,系数k与直齿不同 P226,（四）齿面接触疲劳强度计算,1010 齿轮的结构设计,齿轮的结构形式:由直径确定 实心齿轮 腹板式齿轮 轮幅式齿轮 组装式齿轮,齿轮轴(22.5)mt（轮与轴同材料）,实心齿轮,腹板式齿轮,齿轮轴,(22.5)mt,轮幅式齿轮,小 结 软齿面 HBS350 1.分类 闭式传动 硬齿面 HBS350 开式传动,2.失效形式:折断、点蚀、磨损 胶合、塑性变形 计算准则:齿面接触疲劳强度计算 齿根弯曲疲劳强度计算 设计计算时，公式中许用应力的取值,闭式传动:软齿面(点蚀),硬齿面(折断):,开式传动:(磨损):,按齿面强度设计按弯曲强度校核,按弯曲强度设计按齿面强度校核,按弯曲强度设计(求m)考虑磨损将计得的增大1015,3.常用的计算方法:,轮1主动：轮2双齿侧工作，弯曲应力为对称 循环，啮合次数为1,轮2主动：轮2单齿侧工作，弯曲应力为脉动循环，啮合次数为2,输入输出位置合理吗？,
