平行轴线齿轮传动.ppt

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1、高等职业教育机械类专业核心技术课程,机械设计基础,第六章 平行轴线齿轮传动(圆柱齿轮传动),第七节 齿轮传动的失效形式及设计准则,第八节 齿轮常用材料及热处理,第九节 齿轮传动精度简介,第十节 渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计计算,第十一节 渐开线斜齿圆柱齿轮传动,设计：潘存云,第七节 齿轮传动的失效形式及设计准则,轮齿折断,1、失效形式,潘存云教授研制,轮齿折断,1、失效形式,齿面点蚀,第七节 齿轮传动的失效形式及设计准则,轮齿折断,1、失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,措施：1.提高齿面硬度,2.减小齿面粗糙度,3.增加润滑油粘度,4.加抗胶合添加剂,第七节 齿轮传动的失效形式及设计准则,设计：潘

2、存云,轮齿折断,1、失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损,措施：1.减小齿面粗糙度,2.改善润滑条件,磨粒磨损,跑合磨损,第七节 齿轮传动的失效形式及设计准则,设计：潘存云,轮齿折断,1、失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损,齿面塑性变形,第七节 齿轮传动的失效形式及设计准则,2、设计准则,软齿面（硬度350HBS）的闭式齿轮传动：齿面抗点蚀能力差，润滑条件良好，齿面点蚀将是主要的失效形式。在设计计算时，通常按齿面接触疲劳强度设计，再作齿根弯曲疲劳强度校核。,硬齿面（硬度350HBS）的闭式齿轮传动：齿面抗点蚀能力强，但易发生齿根折断，齿根疲劳折断是主要失效形式。在设计计算时，通常按齿根弯

3、曲疲劳强度设计，再作齿面接触疲劳强度校核。,当一对齿轮均为铸铁制造时，一般只需作轮齿弯曲疲劳强度设计计算。,对于开式传动，其主要失效形式将是齿面磨损，通常只按齿根弯曲疲劳强度设计，再考虑磨损，将所求得的模数增大1020。,第八节 齿轮常用材料及热处理,常用齿轮材料,优质碳素钢,合金结构钢,铸钢,铸铁,热处理方法,表面淬火,渗碳淬火,调质,正火,渗氮,一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达5256HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。,1.表面淬火,高频淬火、火焰淬火,2.渗碳淬火,渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、2

4、0Cr等。齿面硬度达5662HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。,调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：220260HBS。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。,3.调质,4.正火,正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。,渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.,5.渗氮,特点及

5、应用：调质、正火处理后的硬度低，HBS 350，属软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高:2050HBS,表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。,第九节 齿轮传动精度简介,误差的影响：,1.转角与理论不一致，影响运动的不准确性；,2.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起震动、冲击和噪音影响运动平稳性；,3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，影响载荷分布的不均匀性。,国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1级最高

6、，12级最低，常用的为69级精度。,按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差分成三组，分别反映传递运动的准确性，传动的平稳性和载荷分布的均匀性。,在一般情况下，可选三个公差组为同一精度等级，但也容许根据使用要求的不同，选择不同精度等级的公差组组合。第公差组精度等级69级的选择可根据齿轮类型和圆周速度确定，第公差组一般不得低于第公差组的精度等级。,三个公差组:,第公差组运动准确性,第公差组传动平稳性,第公差组载荷分布均匀性,齿厚偏差有C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S等14种，每种代号所规定的齿厚偏差值均是f p t（齿距极限偏差）的数倍。,设计：潘存云,第

7、十节 渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计计算,一、轮齿受力分析和计算载荷,圆周力,径向力,法向力,小齿轮上的转矩,P为传递的功率（KW）,1 小齿轮上的角速度，,n1 小齿轮上的转速,d1 小齿轮上的分度圆直径，,压力角,1、各作用力的大小及方向,2、计算载荷,Fn 名义载荷,受力变形,制造误差,安装误差,附加动载荷,载荷集中,用计算载荷KFn代替名义载荷Fn以考虑载荷集中和附加动载荷的影响，K 载荷系数,Fnc=KFn,设计：潘存云,二、齿面接触疲劳强度计算,对于一对钢制标准直齿圆柱齿轮传动,齿面接触疲劳强度校核公式:,齿面接触疲劳强度校核公式:,公式应用注意：,2、许用接触应力,Hlim 接触疲

8、劳极限,由实验确定,SHmin 为最小安全系数。,1、式中的H，在H1 H2数值不同时，应将较小的一个代入计算。,3、d称为齿宽因数=b/d1,4、在作齿面接触强度计算时，前面两个公式只适用于钢制标准直齿圆柱齿轮，若配对材料不是钢对钢，则应按其材料确定相应的材料系数,三、齿根弯曲疲劳强度的计算,假定载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁计算。齿顶啮合时，弯矩达最大值。,弯曲力矩：M=KFnhFcosF,危险界面的弯曲截面系数,弯曲应力,危险截面 齿根圆角30 切线两切点连线处。,齿顶受力：Fn，可分解成两个分力：,F1=Fn cosF F2=Fn sinF,产生弯曲应力；,压应力，小而忽略。,hF和S

9、F与模数m相关，,轮齿弯曲强度计算公式：,故YFs与模数m无关。,弯曲应力,对于标准齿轮,YFs仅取决于齿数Z。,YFs 齿形系数,计算时取 较大者，计算结果应圆整,且m 1.5mm。,一般YF1 YF2，F1 F2,引入齿宽系数 d=b/d1,代入得设计公式,公式中“+”用于外啮合，“-”用于内啮合。,在满足弯曲强度的条件下可适当选取较多的齿数，使传动平稳。在中心距a一定时，z增多则m减小，da减小，节省材料和工时。,许用弯曲应力,弯曲疲劳极限bblim由实验确定。,SFmin为安全系数。,因弯曲疲劳造成的轮齿折断可能造成重大事故，而疲劳点蚀只影响寿命，故：SFminSHmin,四、圆柱齿轮

10、传动参数的选择和设计步骤,齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。,软齿面闭式齿轮传动按接触强度进行设计，按弯曲强度校核,硬齿面闭式齿轮传动按弯曲强度进行设计，按接触强度校核,开式齿轮传动 按弯曲强度设计。,为了确保强度要求，同时利于装配和调整，常将小齿轮齿宽加大510mm。,（一）主要参数的选择,1齿数z 对于软齿面的闭式传动，一般取z1=2040。硬齿面的闭式传动及开式传动，通常取z1=1720。,2模数m 对于传递动力的齿轮，可按m=（0.0070.02）a初选，但应保证模数m2mm。,3齿宽因数d 增大齿宽因数，可减小齿轮传动装置的径

11、向尺寸，降低齿轮的圆周速度。但齿宽因数过大则需提高结构刚度，否则会出现齿向载荷分布严重不均。对于一般机械，建议按工程手册提供数据选取。,6绘制齿轮工作图,（二）设计步骤,1选择齿轮材料及热处理,2确定齿轮传动的精度等级,3简化设计计算,4计算齿轮的几何尺寸,5确定齿轮的结构形式,设计：潘存云,一、斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成及其特点,直齿轮：啮合线啮合面,啮合点接触线，即啮合面与齿廓曲面的交线。,啮合特点:沿齿宽同时进入或退出啮合。突然加载或卸载，运动平稳性差，冲击、振动和噪音大。,斜直线KK的轨迹斜齿轮的齿廓曲面,螺旋线渐开面,b 基圆柱上的螺旋角,第十一节 渐开线斜齿圆柱齿轮传动,设计：潘存

12、云,齿面接触线始终与K-K线平行并且位于两基圆的公切面内。,设计：潘存云,啮合特点:,接触线长度的变化：短 长 短,加载、卸载过程是逐渐进行的传动平稳、冲击、振动和噪音较小，适宜高速、重载传动。,在端面内，斜齿轮的齿廓曲线为渐开线，相当于直齿圆柱齿轮传动，满足定传动比要求。,二、斜齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸,1.斜齿轮的螺旋角,定义分度圆柱上的螺旋角为斜齿轮的螺旋角。,一般取=820,人字齿轮，因其轴向力可以抵消，常取=2545,设计：潘存云,法面内的齿形与刀具的齿形一样，取标准值。,2.模数 mn、mt,将分度圆柱展开，得一矩形，,pn=ptcos,将 pnmn,ptmt 代入得：,可求

13、得端面齿距与法面齿距之间的关系：,mn=mtcos,3.压力角：n、t,在abc中，有：,abc=n,在abc中,有：,abc=t,由 ab=ab,ac=accos 得,tann=tant cos,4.齿顶高因数h*an和h*at及顶隙因数c*n和c*t,不论在法面还是端面，其齿顶高和齿根高一样。,h*an 法面齿顶高系数，han*1,c*n 法面顶隙系数,c*n0.25,tann=ac/ab,tant=ac/ab,ha=h*anmn hf=(h*an+c*n)m n,分度圆直径：d=zmt=z mn/cos,中心距：a=r1+r2,可通过改变来调整a的大小。,三、斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条

14、件和重合度,啮合处的齿向相同。,外啮合:1-2,mn1=mn2，n1=n1,mt1=mt2，t1t2,=mn(z1+z2)/2 cos,内啮合：12,1.正确啮合条件,5.几何尺寸计算,只须将直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式中的各参数视作端面参数，再进行必要的端面-法向参数换算，即可方便地进行平行轴标准斜齿轮的几何尺寸计算。如：,2.重合度,直齿轮：,斜齿轮：,其中 L/pbt,b tanb/pbt,+,L/pb,=(L+L)/pbt,b tan/pt,平行轴斜齿轮的重合度随螺旋角和齿宽b的增大而增大。,设计：潘存云,四、斜齿轮的当量齿数,定义：与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮，称为该斜齿轮的当量齿轮

15、，其齿数称当量齿数。,得：zv,斜齿轮不发生根切的最少齿数：zmin=zvmincos3,z/cos3,若=20 zvmin=17,zmin=14,齿槽,五、斜齿圆柱齿轮的受力分析,圆周力,径向力,轴向力,轮齿所受总法向力Fn可分解为三个分力,F=Ft/cos,Fr=F tann,圆周力Ft的方向，在主动轮上与转动方向相反，在从动轮上与转向相同。径向力Fr的方向均指向各自的轮心。轴向力Fa的方向取决于齿轮的回转方向和轮齿的螺旋方向，可按“主动轮左、右手螺旋定则”来判断。主动轮上轮向力的方向确定后，从动轮上的轴向力则与主动轮上的轴向力大小相等、方向相反。,各分力方向判断:,六、斜齿圆柱齿轮的强度计算,一对钢制标准斜齿轮传动的接触应力及强度条件为,设计公式,其中模数mn为法面模数，YFS为齿形系数,弯曲疲劳强度校核和设计公式,根据当量齿数 由图表查得。,斜齿圆柱齿轮传动设计步骤与直齿圆柱齿轮传动相同。,本章基本内容讲述结束谢谢配合,