机械设计7齿轮多媒体1.ppt

第十章第十章 齿轮传动齿轮传动一、概述一、概述功能：传递运动和动力；组成：主动轮、从动轮啮合传动来传递运动和动力；啮合传动、刚性；特性：特性：功功率率：P=0.0165000KW（传递功率的范围较大）；一般P3000KW.链、带传动功率小 结构尺寸：结构尺寸：d=0.000115m 中心距a较链、带传动小。结构紧凑结构紧凑 速度：速度：Vmax=150250m/s 高低速传动都适应高低速传动都适应。带传动525m/s、一般10m/s左右；仅适应高速传动仅适应高速传动 链传动15m/以下运动，若太高对工作机性能影响大；仅仅适适应应低速传动低速传动几种常用传动的比较传动比传动比：imax=20 一般i=48（单级传动）比带、链略高 效率：效率：max=0.99，与带、链差不多。传动平稳性：传动平稳性：is=C（瞬时传动比恒定），传动平稳传动平稳。带：传动平稳。传动平稳。链：传动不平稳传动不平稳噪声：噪声：底。带：底。链：较高。传动准确性：传动准确性：属啮合传动，i恒定恒定,与链传动相同。带传动：有弹性滑动寿命寿命：使用寿命长，10年。带、链寿命短。成本：成本：制造、安装精度高，成本高。带、链成本低。分类：分类：平行：直齿、斜齿；垂直：圆锥齿轮；交错：蜗轮、蜗杆；轴 斜齿轮齿 向直齿轮人字齿轮闭式：封闭在箱体里；开式：结构简单无箱体；磨粒磨损工作条件齿 廓渐开线摆 线圆 弧软齿面：350HB（布氏硬度）硬齿面：350HB 尺寸小，精度高，成本高齿面硬度疲劳断裂：形貌形貌，断口条纹状过载断裂：过载条件下；形貌：形貌：断口麻点状1、齿根断裂齿根断裂二、失效形式和计算准则二、失效形式和计算准则部位部位：齿根整体折断部位部位：靠近节线的偏下部位，原因：原因：在节线无相对滑动，存滚动，所以不易形成动压油膜，润滑条件不好；2、点蚀点蚀（对软齿面齿轮：齿面疲劳点蚀）剥落剥落（对硬齿面齿轮：齿面剥落）3、磨损、磨损：尤其开式齿轮，磨粒磨损；防止磨损：改善润滑、提高防止磨损：改善润滑、提高齿面硬度、改用闭式传动齿面硬度、改用闭式传动4、齿面胶合、齿面胶合胶合原因：相对滑动速度大，致使温度高、润滑失效胶合原因：相对滑动速度大，致使温度高、润滑失效胶合现象：两表面尖峰接触后粘结，再被撕开胶合现象：两表面尖峰接触后粘结，再被撕开 冷胶合、热胶合冷胶合、热胶合防止胶合：减小模数、降低齿高、提高齿面硬度、改防止胶合：减小模数、降低齿高、提高齿面硬度、改善材料、加极压添加剂善材料、加极压添加剂胶合后果：产生振动、噪声，不能工作胶合后果：产生振动、噪声，不能工作5、塑性变形、塑性变形：软齿面：主要失效形式是点蚀，次要失效形式是断裂；硬齿面：主要失效形式是断裂，次要失效形式是剥落；闭式开式：主要失效形式是磨损，次要失效形式是断裂；软（350HB）：按接触（）设计，按弯曲（）校核硬（350HB）：按弯曲（）设计，按接触（）校核闭式如下如下确定设计计算准则计算准则确定计算准则确定开式齿轮按弯曲疲劳强度设计，然后放大模数1015%三、三、齿轮材料、许用应力齿轮材料、许用应力对材料的基本要求：对材料的基本要求：*齿面有足够的硬度；齿面有足够的硬度；*轮芯有足够的强度和韧性；轮芯有足够的强度和韧性；*具有良好的机械加工和热处理工艺性；具有良好的机械加工和热处理工艺性；*价格低。价格低。制造齿轮常用材料：制造齿轮常用材料：钢、铸铁、有色金属、非金属材料钢、铸铁、有色金属、非金属材料1、材料齿轮常用材料的机械性能及应用范围齿轮常用材料的机械性能及应用范围2、许用应力、许用应力a、许用接触应力、许用接触应力 HMPa Hlim-试验齿轮的齿面接触试验齿轮的齿面接触 疲劳极限，疲劳极限，MPaSH-安全系数安全系数试验齿轮：试验齿轮：m=35mm,，=20，b=1050mm,齿面齿面RZ=3 m，齿根，齿根RZ=10 m，节线，节线v=10m/s，矿物油矿物油润滑，失效概率润滑，失效概率1%ZN-寿命系数寿命系数式中：应力循环基数式中：应力循环基数N0和疲劳曲线指数和疲劳曲线指数m与材与材料及热处理方法有关料及热处理方法有关ZN按齿轮应力循环次数按齿轮应力循环次数N由图查取由图查取n齿轮转速；Lh工作时间；j齿轮每转一周，同一齿面啮合次数；-计入了齿根应力计入了齿根应力修正系数之后修正系数之后,试验试验齿轮的齿根弯曲疲齿轮的齿根弯曲疲劳极限应力劳极限应力b、许用弯曲应力许用弯曲应力 FSF-安全系数安全系数当齿轮双侧工作时图中值乘以当齿轮双侧工作时图中值乘以0.7YN-寿命系数寿命系数式中式中:N0、m由试验由试验获得，随材料而异获得，随材料而异 YN查图查图安全系数参考值安全系数参考值 Fr2Fn2Ft2Ft1Fn1Fr1T1n2n1T2圆周力径向力式中，Fn1,2沿啮合线方向；Ft1阻力矩，与主动轮啮合点V1点的运动方向相反；Ft2驱动力，与从动轮这一点的运动方向相同；Fr1,2指向自己的轮心；法向力四、齿轮传动的计算载荷四、齿轮传动的计算载荷a、名义载荷b、计算载荷式中，KA使用系数（外部动载荷系数）；KV动载荷系数（内部动载荷系数）；K齿间载荷分配系数；K齿向载荷分布系数；使用系数使用系数KA 使用系数使用系数KA是考虑由于齿轮啮合外部因素引起是考虑由于齿轮啮合外部因素引起附加动载荷影响的系数。附加动载荷影响的系数。影响影响KA的主要因素：原动机和工作机的工作特性。的主要因素：原动机和工作机的工作特性。影响影响K 的主要因素：基节和齿形误差产生的传动误的主要因素：基节和齿形误差产生的传动误差、节线速度和轮齿啮合刚度等。差、节线速度和轮齿啮合刚度等。动载系数动载系数K 动载系数动载系数K 是考虑由于齿轮制造精度、运转是考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。减小减小K 的办法的办法提高精度提高精度 齿廓修形齿廓修形齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K 是考虑沿齿宽方向载荷分是考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数布不均匀对轮齿应力的影响系数影响影响K 的主要因素有：齿轮的制造和安装误差，轮齿、的主要因素有：齿轮的制造和安装误差，轮齿、轴系及机体的刚度，齿轮在轴上相对于轴承的位置，轴系及机体的刚度，齿轮在轴上相对于轴承的位置，轮齿的宽度及齿面硬度等。轮齿的宽度及齿面硬度等。齿向载荷分布不均齿向载荷分布不均减小载荷不均减小载荷不均齿轮精度，齿轮精度，齿轮宽度，齿轮宽度，系统刚度，系统刚度，齿端修形，齿端修形，齿轮位置。齿轮位置。扭矩从不同端输入扭矩从不同端输入对轮齿受力的影响对轮齿受力的影响齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K 齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K 是考虑同时啮合的各对轮是考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。影响影响K 的主要因素有：的主要因素有：轮齿制造误差，特别是轮齿制造误差，特别是基节偏差，轮齿的啮合基节偏差，轮齿的啮合刚度，重合度和跑合情刚度，重合度和跑合情况等。况等。五五 直齿圆柱齿轮强度计算直齿圆柱齿轮强度计算赫兹接触模型赫兹接触模型(力学模型力学模型)：两圆柱体接触时两圆柱体接触时产生弹性变形，产生弹性变形，其接触应力的大其接触应力的大小由赫兹接触应小由赫兹接触应力计算。力计算。1、齿面接触疲劳强度计算、齿面接触疲劳强度计算赫兹接触应力赫兹接触应力强度条件式强度条件式齿面接触应力齿面接触应力小齿轮轮齿小齿轮轮齿B点的点的接触应力最大接触应力最大通常按节点计算接通常按节点计算接触应力触应力将齿轮齿廓在节线处简化成圆柱将齿轮齿廓在节线处简化成圆柱小齿轮轮齿受力小齿轮轮齿受力法向计算载荷法向计算载荷综合曲率综合曲率令令代入上式得：代入上式得：节点节点C处的参数：处的参数：由由圆柱直齿轮齿面接触强度设计式：圆柱直齿轮齿面接触强度设计式：或：zH区域系数；计算接触点位置，一般为节点。钢钢：zH=2.5 也有计算单齿啮合最底点，zH值不同。(参考资料)zE弹性影响系数；与齿轮材料有关 d齿宽系数，；b为接触齿宽，b2=b,b1=b+(510)u齿数比，u=Z大/Z小1，（减速传动：u=Z2/Z1;增速传动：u=Z1/Z2）式中：齿轮的直径（或中心距）越大，说明齿轮的接触强度越高齿轮的直径（或中心距）越大，说明齿轮的接触强度越高得：齿面接触疲劳强度的校核公式得：齿面接触疲劳强度的校核公式:ZE-材料弹性系数材料弹性系数,ZH-节点区域系节点区域系数数,反映了节点齿反映了节点齿廓形状对接触应力廓形状对接触应力的影响的影响,按图查取按图查取-齿宽系数齿宽系数,使用公式注意使用公式注意:：N,mm制。力-N,力矩-N.mm,长度尺寸-mm :公式中Ft、T1为小齿轮（主动齿轮）的参数计算。：脉动循环，：中心距越大，齿面接触疲劳强度越大。2 齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算强度条件式强度条件式力学模型：力学模型：危险截面位置，简化成悬危险截面位置，简化成悬臂梁，臂梁，30切线法切线法 使齿根产生弯使齿根产生弯曲应力和剪应力曲应力和剪应力 使齿根产生压使齿根产生压应力应力剪应力、压应力及应力集中在应力修正系数剪应力、压应力及应力集中在应力修正系数Ys中中予以修正予以修正实际最大力的作用点在实际最大力的作用点在D点；点；推导公式时假定最大力作用在推导公式时假定最大力作用在E点，这样应点，这样应力大于实际值；力大于实际值；假定条件：由于重合度的影响假定条件：由于重合度的影响齿形系数齿形系数齿根弯曲疲劳强度校核公式：齿根弯曲疲劳强度校核公式：弯曲应力弯曲应力齿根弯曲疲劳强度的设计公式齿根弯曲疲劳强度的设计公式mm 式中：式中：YF-齿形系数：反映了轮齿几何形状对齿根弯曲齿形系数：反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力应力 F 的影响的影响齿数、变位系数、分度圆压力角增大，均可使齿厚增齿数、变位系数、分度圆压力角增大，均可使齿厚增厚，厚，YF减小、减小、F减小减小对符合基准齿形的圆柱外齿轮，对符合基准齿形的圆柱外齿轮，YF可按图查取可按图查取大小齿轮应分别进行弯曲强度校核时大小齿轮应分别进行弯曲强度校核时设计模数时设计模数时,应按下式选择应按下式选择使用公式注意使用公式注意:：N,mm制。力-N,力矩-N.mm,长度尺寸-mm :公式中Ft、T1为小齿轮（主动齿轮）的参数计算。：长期运转脉动循环，频繁正反转对称循环 ：模数越大，齿根的弯曲疲劳强度越大。大、小齿轮弯曲应力计算公式：3、参数选择、参数选择A 齿轮材料和热处理小齿轮工作次数多,按等强度考虑：对软齿面齿轮：小齿轮的硬度=大齿轮的硬度+3050HB）对硬齿面齿轮：小齿轮的硬度=大齿轮的硬度B、齿轮精度等级 齿轮精度等级，分1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12级，1级最高，12级最低。般，在传递功率大、圆周速度高、要求传动平稳、噪声低等场合，应选用较高的精度等级；反之，为了降低制造成本，精度等级可选得低些。C、中心距a中心距a按承载能力要求算得后，应尽可能圆整成整数，最好尾数为0或5。D、齿数z与模数m 齿轮齿数多，传动平稳；但当中心距a一定时，齿数增多则模数减小，弯曲强度可能不足。一般z11825，开式z1=1318 m2 mm。仅第一系列E、齿数比u 齿数比与传动比i的涵义不同，齿数比u大齿轮齿数小齿轮齿数，1。传动比in1n2，n1为主动齿轮转速，n2为从动齿轮转速。F、齿宽系数d=B/d习题：第十章第十章 齿轮传动（齿轮传动（1）一、选择题1、再机械传动中，理论上能保证瞬时传动比为常数的是 。（1）带传动；（2）链传动；（3）齿轮传动；（4）摩擦轮传动；2、在机械传动中，传动效率高、结构紧凑、功率和速度适用范围最广的是 。（1）带传动；（2）摩擦轮传动；（3）链传动；（4）齿轮传动；3、成本较高，不宜用于轴间距离较大的单级传动是 。（1）带传动；（2）链传动；（3）齿轮传动；4、能缓冲减振，并能起到过载安全保护作用的传动是 。（1）带传动；（2）链传动；（3）齿轮传动；34315、一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是 。（1）齿面点蚀；（2）轮齿折断；（3）齿面磨粒磨损；（4）齿面胶合；6、一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是 。（1）齿面点蚀；（2）轮齿折断；（3）齿面塑性变形；（4）齿面胶合；7、高速重载且散热条件不良的闭式齿轮传动，其最可能出现的失效形式是 。（1）轮齿折断；（2）齿面磨粒磨损；（3）齿面塑性变形；（4）齿面胶合；8、一般参数的开式齿轮传动，其主要失效形式是 。（1）齿面点蚀；（2）齿面磨粒磨损；（3）齿面胶合；（4）齿面塑性变形；12429、设计一般闭式齿轮传动时，计算接触疲劳强度是为了避免 失效。（1）齿面胶合；（2）齿面磨粒磨损；（3）齿面点蚀；（4）轮齿折断；10、设计一般闭式齿轮传动时，齿根弯曲疲劳强度计算主要针对的失效形式是 。（1）齿面塑性变形；（2）轮齿疲劳折断；（3）齿面点蚀；（4）磨损；11、设计一对材料相同的软齿面齿轮传动时，一般使小齿轮齿面硬度HBS1和大齿轮HBS2的关系为 。（1）HBS1HBS2；32313、在闭式减速软齿面圆柱齿轮传动中，载荷平稳，按 作为计算齿轮工作能力准则是最可能的。（1）齿根弯曲疲劳强度；（2）齿根弯曲静强度；（3）齿面接触疲劳强度；（4）齿面接触静强度；14、标准直齿圆柱齿轮传动，轮齿弯曲强度计算中的齿形系数只决定于 。（1）模数m；（2）齿数Z；（3）齿宽系数d；（4）齿轮精度等级；32二、计算题二、计算题 一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知Z1=20,Z2=40,m=2,b=40,ySa1=1.55,ySa2=1.67,yFa1=2.80,yFa2=2.40,ZH=2.5,ZE=189.8(Mpa),Zu=1.225,P=5.5KW,n1=1450r/min,K1=K2。求：F1/F2和H1/H2。注：