齿轮传动 (3)优秀PPT.ppt

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1、齿轮传动第一页，本课件共有47页1、轮齿的失效形式、设计准则；轮齿的失效形式、设计准则；2、齿轮常用材料及热处理；、齿轮常用材料及热处理；3、齿轮传动的受力分析、基本设计原理及强度计算方法；、齿轮传动的受力分析、基本设计原理及强度计算方法；4、齿轮强度计算公式各参数的物理意义及其选择。、齿轮强度计算公式各参数的物理意义及其选择。关键知识点关键知识点1、直齿圆柱齿轮的强度计算、直齿圆柱齿轮的强度计算2、斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮的受力分析、斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮的受力分析难难 点点第二页，本课件共有47页本章教学内容11.1 11.1 齿轮失效形式和设计准则齿轮失效形式和设计准则11.2 11.

2、2 齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理11.3 11.3 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷直齿圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷11.4 11.4 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算11.5 11.5 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算11.6 11.6 斜齿圆柱齿轮传动强度计算斜齿圆柱齿轮传动强度计算11.7 11.7 直齿圆锥齿轮的传动强度计算直齿圆锥齿轮的传动强度计算11.11.8 8 齿轮的结构设计齿轮的结构设计11.11.9 9 齿轮传动的效率与润滑齿轮传动的效率与润滑 总总 结结第三页，本课件共有4

3、7页11.1 11.1 齿轮失效形式和设计准则齿轮失效形式和设计准则齿轮的工作条件齿轮的工作条件齿轮的齿面硬度齿轮的齿面硬度 开式开式闭式闭式用于重要的齿轮传动。用于低速、不很重要或尺寸过 大不易封闭严密的场合。软齿面软齿面硬齿面硬齿面常用于对精度要求不太高的一般中低速齿轮传动。常用于要求承载能力强、结构 紧凑的齿轮传动。一、齿轮失效形式一、齿轮失效形式 齿轮传动的失效主要发生在轮齿。齿轮传动的失效主要发生在轮齿。第四页，本课件共有47页1、轮齿折断、轮齿折断 轮齿的失效形式轮齿的失效形式齿体损伤失效齿体损伤失效齿面损伤失效齿面损伤失效如点蚀、胶合、磨损、塑变如轮齿折断就损伤机理就损伤机理疲劳

4、折断疲劳折断过载折断过载折断冲击载荷过大；短时严重过载；轮齿磨损严重悬臂梁弯曲变应力弯曲变应力应力集中应力集中齿根受拉侧疲劳裂纹扩展扩展折断静强度不足静强度不足折断第五页，本课件共有47页从形态上从形态上整体折断整体折断局部折断局部折断直齿轮的轮齿一般发生整齿折断 接触线倾斜的斜齿轮和人字齿轮，以及齿宽较大而载荷沿齿向分布不均的直齿轮，多发生轮齿局部折断 第六页，本课件共有47页避免措施避免措施 增大齿根过渡圆角半径、降低表面粗糙度、齿面进行强 化处理、减轻齿面加工损伤等，有利于提高轮齿抗疲劳折 断能力。增大轴及支承的刚性，尽可能消除载荷的分布不均匀现 象，则有可能避免轮齿的局部折断。齿轮进行

5、齿根抗弯强度的计算。工艺上工艺上设计上设计上第七页，本课件共有47页2、齿面点蚀、齿面点蚀 点蚀点蚀轮齿工作时，长期在脉动循环应力作用下，出现微 小的金属剥落而形成一些浅坑现象。形成过程形成过程发生的场合发生的场合润滑良好的闭式闭式齿轮传动中第八页，本课件共有47页提高齿面硬度，降低齿面粗糙度；采用合理的变位。采用粘度较高的润滑油。减小动载荷等。节线附近，相对滑动速度小，难以 形成润滑油膜；发生的部位发生的部位轮齿节线附近靠齿根的一侧 避免措施避免措施工艺上工艺上设计上设计上 齿轮进行齿面接触强度的计算。直齿轮传动，在节线附近通常只有 一对轮齿啮合，接触应力也较大。第九页，本课件共有47页3、

6、齿面胶合齿面胶合 发生部位发生部位齿轮顶部最为明显提高抗胶合的措施提高抗胶合的措施胶合胶合相啮合齿面的金属在一定压力下直接接触发生粘着，同时随着齿面的相对运动使金属从齿面上撕脱而引起的摩损现象。胶合类型胶合类型重载重载、高速高速下的齿轮传动热胶合热胶合冷胶合冷胶合重载重载、低速低速下的齿轮传动提高齿面硬度，降低齿面粗糙度。采用粘度较大（低速传动）或抗胶合能力强（高速传动）润滑油。第十页，本课件共有47页4、齿面磨损、齿面磨损 磨损类型磨损类型磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损提高磨粒磨损的措施提高磨粒磨损的措施改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的方法。提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，保持良

7、好润滑。轮齿失去正确齿形发生在开式齿轮传动中轻载下跑合第十一页，本课件共有47页5、齿面塑形变性、齿面塑形变性 多发生在低速、重载和启动频繁的传动中。多发生在低速、重载和启动频繁的传动中。提高轮齿齿面硬度；较软材料塑性流动重载荷摩擦力碾出沟槽（主动轮）挤出凸棱（从动轮）产生原因产生原因防止或减轻措施防止或减轻措施采用高粘度的或加有极压添加剂的润滑油。第十二页，本课件共有47页二、齿轮传动设计准则二、齿轮传动设计准则（1）对闭式软齿面齿轮传动）对闭式软齿面齿轮传动(配对齿轮之一的硬度配对齿轮之一的硬度350HBS),主要失效形式：齿面点蚀。先按齿面接触强度进行设计，后按齿根弯曲强度校核。（2）对

8、闭式硬齿面齿轮传动（配对齿轮的硬度均对闭式硬齿面齿轮传动（配对齿轮的硬度均350HBS），），主要失效形式：轮齿折断。先按齿根弯曲强度进行设计，后按齿面接触强度校核。（3）对于开式、半开式齿轮传动对于开式、半开式齿轮传动 主要失效形式：齿面磨损和轮齿折断。仅按齿根弯曲强度进行计算，将设计所得模数放大5%15%，或许用弯曲应力乘以0.70.8。第十三页，本课件共有47页闭闭式式传传动动 软齿面软齿面失效形式主要为点蚀。先按齿面接触强度设计，后按齿根弯失效形式主要为点蚀。先按齿面接触强度设计，后按齿根弯曲强度校核；曲强度校核；硬齿面硬齿面失效形式多为轮齿折断。先按齿根弯曲强度进行设计，后按失效形式

9、多为轮齿折断。先按齿根弯曲强度进行设计，后按齿面接触强度校核；齿面接触强度校核；开式传动开式传动 失效形式多为齿面磨损和轮齿折断。仅按齿根弯曲强度计算，失效形式多为齿面磨损和轮齿折断。仅按齿根弯曲强度计算，并将模数并将模数m 放大放大10%15%，或许用弯曲应力乘以，或许用弯曲应力乘以0.70.8一、轮齿的失效形式和计算准则一、轮齿的失效形式和计算准则轮齿的失效形式轮齿的失效形式计算准则计算准则齿体损伤失效齿体损伤失效轮齿折断；轮齿折断；齿面损伤失效齿面损伤失效齿面点蚀、齿面胶合、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑变；齿面磨损、齿面塑变；第十四页，本课件共有47页11.2 11.2 齿轮材料

10、及热处理齿轮材料及热处理理想的齿轮材料理想的齿轮材料齿面硬度高齿面硬度高齿芯韧性好齿芯韧性好一、齿轮材料及其选用一、齿轮材料及其选用 钢、铸铁等。常用的材料有色金属非金属材料黑色金属第十五页，本课件共有47页 二、齿轮的热处理二、齿轮的热处理 常用的热处理方法为了提高抗胶合性能，建议小齿轮和大齿轮采用不同牌号的钢来制造。小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等。2.硬齿面的齿轮传动硬齿面的齿轮传动常用的齿轮材料及其热处理见表11.1。三、齿轮材料选择要点三、齿轮材料选择要点 为使大小齿轮寿命比较接近，一般应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高高3050HBS,且传动比越大，其硬度差也应越大。1.软齿面的齿轮

11、传动软齿面的齿轮传动调质、正火软齿面表面淬火、渗碳淬火和渗氮硬齿面第十六页，本课件共有47页法向力切向力径向力11.3 11.3 直齿圆柱齿轮传动的受力分析直齿圆柱齿轮传动的受力分析及计算载荷及计算载荷一、轮齿的受力分析一、轮齿的受力分析第十七页，本课件共有47页 切向力 径向力 法向力 1.力的大小计算力的大小计算2.力的方向判断力的方向判断 切向力 径向力 主反从同指向或背离回转中心第十八页，本课件共有47页二、计算载荷二、计算载荷 名义载荷 计算载荷 载荷系数 K表11.3 齿轮传动载荷系数原动机工作机工作特性平 稳中等冲击较大冲击电动机、汽轮机11.21.21.61.61.8多缸内燃机

12、1.21.61.61.81.92.1单缸内燃机1.61.81.82.02.22.4第十九页，本课件共有47页一、齿面接触强度计算公式推导一、齿面接触强度计算公式推导 11.4 11.4 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算强度计算第二十页，本课件共有47页二、齿面接触强度验算公式二、齿面接触强度验算公式 MPa（11.4）式中 b 轮齿啮合宽度，mm；T1 小齿轮上的扭矩，Nmm；a 齿轮传动中心距，mm；u 大齿轮与小齿轮齿数比，；许用齿面接触疲劳应力，MPa；一对啮合的大小齿轮其齿面接触强度是否相等?第二十一页，本课件共有47页三、齿面接触强度设计公式三、齿面接触强

13、度设计公式 当齿轮的材料、齿数比和齿宽系数一定时，齿轮传动的齿面接触疲劳强度取决于其传动的外廓尺寸中心距a或分度圆直径，而与模数m的大小无关。齿宽系数 mm (11.5)第二十二页，本课件共有47页四、许用接触应力四、许用接触应力 MPa (11.6)表11.4 安全系数SH和SF安全系数软齿面硬齿面重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮1.01.11.11.21.31.31.41.41.61.62.2按图11.10查取 第二十三页，本课件共有47页齿面接触疲劳强度计算说明齿面接触疲劳强度计算说明 1.若两齿轮的许用应力的值不同，则应代以其中较较小者小者计算。2.“+”用于外啮合，“-”用于内啮合

14、。3.若配对齿轮材料为钢对铸铁或铸铁对铸铁，则应将公式中的系数335分别改为285和250。4.提高接触强度措施：增大 ；提高 ；增加b，但不宜过大。第二十四页，本课件共有47页11.5 11.5 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算齿根弯曲强度计算一、齿根弯曲强度验算公式一、齿根弯曲强度验算公式齿根危险截面：具体位置可用30切线法确定 令 MPa(11.7)第二十五页，本课件共有47页二、齿根弯曲强度设计公式二、齿根弯曲强度设计公式引入齿宽系数 mm(11.8)齿形系数 应力修正系数 第二十六页，本课件共有47页三、许用弯曲应力三、许用弯曲应力 齿根弯曲强度计算说明 按图11

15、.14查取 表11.4 安全系数SH和SF1.进行轮齿弯曲强度校核时，两齿轮应分别计算分别计算。2.求得模数后，应圆整圆整成标准模数系列值。3.为防止轮齿太小引起意外断齿，传递动力的齿轮模数 一般不小于不小于1.52mm。第二十七页，本课件共有47页四、齿轮主要参数的选择四、齿轮主要参数的选择1.齿宽系数2.齿数Z轻型减速器可取0.20.4中型减速器可取0.40.6重型减速器可取0.8特殊情况下可取11.2闭式软齿面齿轮传动z=20-40硬齿面或开式齿轮传动，z=17-20载荷平稳的传动两轮齿数取为简单的整数比整数比，利于跑合；反之应互为质数互为质数防止轮齿失效集中发生在几个齿上。注意第二十八

16、页，本课件共有47页齿轮副中的两个齿轮的精度一般应相同，也允许相差一级。齿轮副中的两个齿轮的精度一般应相同，也允许相差一级。3.齿数精度 根据传动的用途、使用条件、传动功率、运动精度和圆周速根据传动的用途、使用条件、传动功率、运动精度和圆周速度等确定。可参照表度等确定。可参照表11-4选用。选用。第公差组精度等级圆柱齿轮传动锥齿轮传动直齿斜齿直齿斜齿5级及其以上153012206级153012207级10158108级610479级241.53表表11-4第二十九页，本课件共有47页11.6 11.6 斜齿圆柱齿轮传动强度计算斜齿圆柱齿轮传动强度计算一、轮齿上的作用力一、轮齿上的作用力 圆周力

17、圆周力径向力径向力 法向力法向力 轴向力轴向力第三十页，本课件共有47页二、各分力方向判断二、各分力方向判断 径向力径向力 主反从同主反从同指向或背离回转中心指向或背离回转中心切向力切向力轴向力轴向力 主动轮左旋用左手主动轮左旋用左手主动轮右旋用右手主动轮右旋用右手从动轮左旋用右手从动轮左旋用右手从动轮右旋用左手从动轮右旋用左手主、从动轮各力关系主、从动轮各力关系 第三十一页，本课件共有47页例题11-2已知输入轴的转向和齿轮1的旋向，欲使中间轴上的齿轮2和齿轮3的轴向力互相抵消一部分，试确定齿轮2、3、4的旋向，并在图中标出各轴转向及各齿轮在啮合点处所受各力。第三十二页，本课件共有47页1.

18、标出转向2.判断主动轮1轴向力方向Fa13.判断从动轮2轴向力方向Fa2Fa34.由题设定轮3轴向力方向 轮4轴向力方向随之确定Fa45.由轮3的转向及轴向力方向确定其旋向第三十三页，本课件共有47页三、强度计算三、强度计算 1.齿面接触疲劳强度计算一对钢制标准斜齿轮传动的齿面接触承载能力验算式为 MPa (11-11)则式（11-11）可变换为下列设计式 mm (11-12)引入齿宽系数注意1.应保持各量单位的一致性。2.齿轮材料改变，两式中系数305应加以修正。第三十四页，本课件共有47页2.齿根弯曲疲劳强度计算斜齿轮轮齿弯曲疲劳承载能力的验算式为 MPa （11-13）则式（11-13）

19、可变换为下列设计式 mm (11-14)引入齿宽系数例题11-3第三十五页，本课件共有47页11.7 11.7 直齿圆锥齿轮的传动强度计算直齿圆锥齿轮的传动强度计算一、齿轮上的作用力一、齿轮上的作用力 轴向力法向力径向力圆周力注意各分力方向判断各分力方向判断 径向力径向力 切向力切向力轴向力轴向力 由小端指向大端由小端指向大端同圆柱齿轮同圆柱齿轮第三十六页，本课件共有47页二、强度计算二、强度计算 1.齿面接触疲劳强度计算MPa(11.16)又两轮的齿数为z1、z2，大端端面模数为me,则式（11.16）可转换为设计公式 mm(11.17)若取齿宽b与外锥距R之比为齿宽系数，即第三十七页，本课

20、件共有47页2.齿根弯曲疲劳强度计算 MPa(11.18)引入齿宽系数 mm(11.20)可得齿根弯曲疲劳强度设计式第三十八页，本课件共有47页11.8 11.8 齿轮的结构设计齿轮的结构设计一、齿轮轴一、齿轮轴 齿轮与轴做成整体，称为齿轮轴 第三十九页，本课件共有47页二、实心式齿轮和腹板式齿轮二、实心式齿轮和腹板式齿轮 顶圆直径da200mm时，做成实心结构齿轮顶圆直径da500mm时，通常做成腹板式结构腹板上开孔的数目按结构尺寸大小及需要而定。第四十页，本课件共有47页三、轮辐式齿轮三、轮辐式齿轮 当顶圆直径da400mm时，常做成轮辐式 第四十一页，本课件共有47页四四 镶套式镶套式、

21、焊接式、焊接式 为了节约优质钢材 不便于铸造时 第四十二页，本课件共有47页一、齿轮传动的润滑一、齿轮传动的润滑 润滑方式 浸油润滑 喷油润滑 11.9 11.9 齿轮传动的润滑与效率齿轮传动的润滑与效率第四十三页，本课件共有47页二、润滑剂的选择二、润滑剂的选择 开式齿轮传动主要采用润滑脂润滑。闭式齿轮传动一般用润滑油润滑。润滑油的粘度一般是根据齿轮的圆周速度选择的 三、齿轮传动的效率三、齿轮传动的效率啮合摩擦损失油阻损失轴承中的摩擦损失功率损耗第四十四页，本课件共有47页一、齿轮的失效形式及设计准则一、齿轮的失效形式及设计准则轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形 二、齿轮材料及热处理二、齿轮材料及热处理选择齿轮材料的基本原则：齿面要硬，齿芯要韧。三、齿轮传动的受力分析四、齿轮传动的强度计算 小小 结结失效形式设计准则闭式齿轮传动闭式齿轮传动软齿面、硬齿面软齿面、硬齿面开式齿轮传动开式齿轮传动圆柱齿轮传动齿圆柱齿轮传动齿直齿、直齿、斜齿斜齿圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动（直齿直齿、斜齿）、斜齿）圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动五、齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑与效率 齿面接触强度计算齿面接触强度计算齿根弯曲强度计算齿根弯曲强度计算第四十五页，本课件共有47页第四十六页，本课件共有47页第四十七页，本课件共有47页