机械设计10#齿轮传动.ppt

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1、1,机械设计,第10章 齿轮传动,2,第10章 齿轮传动,10-1概述齿轮传动的特点：功率、速度范围广 效率高;结构紧凑;工作寿命长;传动比稳定。,开式传动：润滑差，常用于低精度、低速传动；闭式传动：齿轮置于封闭严密的箱体内，精度高。润滑及防护条件好。,3,第10章 齿轮传动10-2齿轮传动的失效形式及设计准则（一）失效形式,1.轮齿折断直齿-整个齿折断(b小时)斜齿-齿局部折断齿根弯曲应力大；齿根应力集中,措施：(1)增大齿根圆角半径及消除加工刀痕；(2)增大轴及支承刚性,使接触线上受载均匀;(3)热处理使齿芯材料有足够韧性;(4)对齿根表层强化处理：喷丸、滚压处理。,4,.轮齿折断,5,失

2、效形式2.齿面磨损 砂粒、金属屑,措施：加强润滑；开式改闭式传动,6,相对滑动速度,7,失效形式 2.齿面磨损,磨损,8,9,第10章 齿轮传动,3.齿面点蚀,措施：提高材料的硬度；加强润滑，提高油的粘度,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；由于接触疲劳产生的小裂纹-扩展-脱落-凹坑。,10,第10章 齿轮传动 4.齿面胶合,高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连后撕脱,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,11,.齿面胶合,12,失效形式 5.齿面塑性变形,措施：材料的选择及硬度,13,磨损、塑性变形,14,弯曲折断,点蚀,胶合,磨损,塑

3、性变形,齿轮的失效形式,现象与原因？改进措施？,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,15,10-2齿轮传动的失效形式及设计准则（二）设计准则,通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算,硬齿面齿轮：轮齿工作面硬度大于 350HBS或38HRC；软齿面齿轮：轮齿工作面硬度小于 350HBS或38HRC；,16,闭式传动：(1)软齿面(主要失效形式是点蚀):先按保证齿面接触疲劳强度进行设计计算,然后对其轮齿的抗弯疲劳强度进行校核。(2)硬齿面(主要失效形式是弯曲折断):先按齿根抗弯曲疲劳强度设计计算,然后再校核其齿面的接触疲劳强度。,开式传动：按保证齿根弯曲疲劳强度进行计

4、算，考虑磨损的影响适当增大模数。（1015%）,17,浙江大学考研试题,对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般。A.按接触强度设计齿轮尺寸，再验算弯曲强度；B.只按接触强度设计；C.按弯曲强度设计齿轮尺寸，再验算接触强度；D.只需按弯曲强度设计。,18,第10章 齿轮传动,10-3齿轮的材料及其选择原则（一）常用齿轮材料及力学性能见（P189表10-1）钢 45、40Cr、20CrMnTi 铸钢 ZG310-570 铸铁 HT300、QT500-7 有色金属：铜合金、铝合金 非金属：夹布塑胶、尼龙,19,对齿轮材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。选择时应考虑：经济性；毛坯选择工艺要求；热处理方式

5、等,10-3齿轮的材料及其选择原则,20,具体选择原则：（1）满足工作条件要求；（2）考虑齿轮尺寸、毛坯成型方法及热处理和制造工艺；（3）正火碳钢只能用于载荷平稳或轻度冲击下工作齿轮；调质碳钢可用于中等冲击下工作齿轮；（4）合金钢用于高速、重载并在冲击载荷下工作齿轮；（5）飞行器中齿轮采用表面硬化处理的高强度合金钢；（6）硬度选择：*软齿面硬度350HBS或38HRC；*软齿面齿轮HBS1-HBS23050,21,第10章 齿轮传动,10-4齿轮传动的计算载荷 沿齿面接触线单位长度上的平均载荷P(N/mm)：P=Fn/L计算载荷：Pca=KP=KFn/L,22,第10章 齿轮传动,10-4齿轮

6、的计算载荷,工作机、原动机,23,10-4齿轮传动的计算载荷制造和安装误差，法节不相等，瞬时传动比不准确，产生角加速度 齿轮修缘,24,第6章 齿轮传动,6.4齿轮传动的计算载荷,齿轮精度、速度,25,10-4齿轮传动的计算载荷,（表10-3）两对以上齿轮啮合时，载荷分配不均 表面硬度：硬度愈高，载荷分配愈不均 精度等级：精度低，载荷分配不均严重,26,鼓形,10-4齿轮传动的计算载荷,轮齿载荷沿接触线分布不均匀轴上位置；轴及支承刚度；制造和安装精度。,图10-11,27,28,29,10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算（一）轮齿的受力分析,30,10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,（二

7、）齿根弯曲疲劳强度计算,建立力学模型：假设全部载荷作用于齿顶；不计径向分力产生的压力；用30切线法确定危险面；假设轮齿为为悬臂梁，单位齿宽b=1。,31,Pca=KP=KFn/L,32,33,34,35,36,上海交大考研试题,一圆柱齿轮传动,其它条件不变,仅将齿轮宽度提高一倍,则轮齿的齿根弯曲应力 与原来的 相比较,有.A.B.C.D.,37,(三)齿面接触疲劳强度计算,38,（三）齿面接触疲劳强度计算,弹性影响系数,39,40,41,42,43,Pca=KFn/L=KFt/bcos,44,ZH=2.5,设计式,设计式,校核式,校核式,45,46,但H1不等于H2,47,48,49,50,第

8、10章 齿轮传动直齿圆柱齿轮传动的强度计算小结,1.应力、许用应力、强度的关系两齿轮弯曲应力是否相同？许用弯曲应力呢？,2.齿轮弯曲强度比较,51,3.两轮接触强度比较,4.预选载荷系数Kt),两齿轮接触应力是否相同？许用接触应力呢？,52,中南大学考研试题,一对标准圆柱齿轮传动,已知Z1=20,Z2=50,它们的齿形系数是;A.YF1YF2。齿根弯曲应力是；A.F1 F2;B.F1=F2;C.F1 H2;B.H1=H2;C.H1 H2。,53,清华大学考研试题,有两对闭式直齿圆柱齿轮传动，它们的参数分别为：(1)z1=18,z2=42,m=2,b=60,a=62;(2)z1=18,z2=42

9、,m=2,b=60,a=60,=20;两对齿轮的材料、热处理硬度、载荷，工况和制造精度相同，其中：第 对齿轮齿面接触应力大，第 对齿轮轮齿接触强度高。,54,55,10-6齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择(一)齿轮传动设计参数的选择 1.齿数比u 压力角a,压力角 齿厚 曲率半径,弯曲强度 接触强度,2.小轮齿数z1（d不变，即中心距a为定值）z1 重叠系数大，传动平稳；模数小，节约材料及加工量；但抗弯曲差；齿高减小，降低VS，抗胶合能力强。,开式传动：z1=1720；闭式传动：z1=2040,56,10-6齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择(一)齿轮传动设计参数的选择1.压力角的选

10、择:20、252.齿数Z的选择：闭式Z1=20-40；开式Z1=17-20；为避免根切：=20时，Z117 为使相啮合齿对磨损均匀、传动平稳：两齿数互质。3.齿宽系数d 的选择：,推荐值,57,58,59,（二）齿轮传动许用应力,寿命系数,齿轮疲劳极限,60,61,62,63,64,（二）齿轮传动许用应力,一般取中间MQ偏下值；硬度超过范围可外插法取值；对称循环弯曲应力取70%。,65,66,（三）齿轮精度的选择（1级）,766 G M GB1009588,齿厚下偏差,第公差组精度（平稳性精度）,第公差组精度（接触精度）,精度等级选择参考表10-8,齿厚上偏差,7 F L GB1009588,

11、第公差组精度（运动精度）,第、公差组精度,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,分析中间齿轮接触应力和弯曲应力的特点？,78,1轮主动时1轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;2轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按对称循环变化;3轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;,79,2轮主动时1轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;2轮每转一周，同一侧齿面啮合两次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;3轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化，弯曲应力按脉动循环变化;,