机械设计基础第十一章齿轮传动.ppt
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1、第十一章第十一章 齿齿 轮轮 传传 动动 P.164前前 言言轮轮齿齿的的失失效效形形式式及及计计算算准准则则齿齿轮轮的的材材料料齿齿轮轮传传动动的的精精度度齿齿轮轮传传动动作作用用力力分分析析及及计计算算载载荷荷直直齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮传传动动齿齿面面接接触触强强度度计计算算直直齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮齿齿根根弯弯曲曲疲疲劳劳强强度度计计算算斜斜齿齿圆圆柱柱齿齿轮轮传传动动直直齿齿圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动齿齿轮轮的的构构造造齿齿轮轮传传动动的的润润滑滑和和效效率率 介绍直齿圆柱、斜齿圆柱、直齿圆锥齿轮传动的设计。介绍直齿圆柱、斜齿圆柱、直齿圆锥齿轮传动的设计。按工作按工作 条件条件 分分 类类按
2、载荷按载荷 情况情况分分 类类 闭式传动闭式传动硬齿面硬齿面 HBS350开式传动开式传动齿轮传动的分类齿轮传动的分类:低速轻载低速轻载:V13m/S;Fn510KN中速中载中速中载:3m/SV10m/S;10KNFn50KN高速重载高速重载:V10m/S;Fn50KN软齿面软齿面 HBS350前 言11-1 轮齿的失效形式及计算准则轮齿的失效形式及计算准则 P.159(一一)轮齿的失效形式轮齿的失效形式疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断全齿折断全齿折断(齿根齿根)(直齿直齿)局部折断局部折断(斜齿受载不均斜齿受载不均)1.折断折断3.各种场合的主要失效形式2.齿面失效齿面点蚀齿面胶合齿面磨损齿
3、面塑性变形闭式闭式硬齿面、硬齿面、脆性脆性材料齿轮传动的主要破坏形式(二二)齿轮传动常用计算准则齿轮传动常用计算准则疲劳折断疲劳折断:轮齿受的弯曲应:轮齿受的弯曲应力是循环力是循环变化变化的,在齿根的的,在齿根的过渡圆角处具有较大的过渡圆角处具有较大的应力应力集中集中。易发生轮齿。易发生轮齿疲劳折断。疲劳折断。过载折断:过载折断:齿轮受到过载或齿轮受到过载或冲击时冲击时,引起轮齿的引起轮齿的突然折断突然折断。发生部位:发生部位:一般出现在一般出现在齿齿根表面靠近节线处。根表面靠近节线处。(载荷大;速度低难形成油膜)图11-211-4H反复裂纹扩展麻点状脱落2.齿面失效齿面失效闭式闭式软齿面软齿
4、面齿轮传动的主要破坏形式。1)1)齿齿 面面 疲疲 劳劳 点点 蚀蚀当齿面所受的压力很大且润滑效果差,或压当齿面所受的压力很大且润滑效果差,或压力很大而速度很高时,由于发热大,瞬时温度高,力很大而速度很高时,由于发热大,瞬时温度高,相啮合的齿面发生粘联现象,此时两齿面有相对相啮合的齿面发生粘联现象,此时两齿面有相对滑动,粘接的地方被撕裂。滑动,粘接的地方被撕裂。这叫这叫热胶合热胶合。润滑失效润滑失效表面粘连表面粘连沿运动方向撕裂沿运动方向撕裂 低速重载的齿轮,油膜遭破坏低速重载的齿轮,油膜遭破坏也发生胶合现象。这时齿面温度无也发生胶合现象。这时齿面温度无明显增高,这种胶合明显增高,这种胶合冷胶
5、合。冷胶合。高速重载、低速重载闭式高速重载、低速重载闭式传动传动的主要破坏形式。的主要破坏形式。2)2)齿齿 面面 胶胶 合合齿形破坏齿形破坏1)磨粒磨损磨粒磨损:由于金属微粒,灰石砂粒进入齿轮引起的磨损。2)跑合磨损跑合磨损:一般指新机器。开式齿轮传动开式齿轮传动易发生磨粒磨损。3)3)齿齿 面面 磨磨 粒粒 磨磨 损损齿面沿摩擦力方向塑性变形主凹、从凸主凹、从凸21低速重载低速重载软齿面软齿面闭式闭式传动传动的主要破坏形式。的主要破坏形式。4)4)齿齿 面面 塑塑 性性 变变 形形折断折断:疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断全齿折断全齿折断(齿根齿根)(直齿直齿)局部折断局部折断(斜齿受载不
6、均斜齿受载不均)H反复反复裂纹裂纹扩展扩展麻点状脱落麻点状脱落靠近节线的齿根表面靠近节线的齿根表面 齿面胶合齿面胶合:齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损:润滑失效润滑失效表面粘连表面粘连沿运动方向撕裂沿运动方向撕裂磨粒磨损磨粒磨损齿形破坏齿形破坏齿面塑性变形齿面塑性变形:齿面沿摩擦力方向塑性变形齿面沿摩擦力方向塑性变形主凹、从凸主凹、从凸齿面点蚀齿面点蚀:.齿齿面面失失效效:*闭式传动闭式传动 *开式传动开式传动 *闭式高速重载传动闭式高速重载传动软齿面软齿面硬齿面硬齿面齿面点蚀齿面点蚀轮齿折断轮齿折断齿面磨粒齿面磨粒磨损磨损齿面齿面胶合胶合*低速重载软齿面低速重载软齿面齿面齿面塑塑性性变变形形3.各种
7、场合的主要失效形式各种场合的主要失效形式(二二)齿轮传动常用计算准则齿轮传动常用计算准则:防齿面点蚀防齿面点蚀防轮齿折断防轮齿折断齿面齿面接触接触疲劳强度计算疲劳强度计算求中心距求中心距a齿根齿根弯曲弯曲疲劳强度计算疲劳强度计算求模数求模数 常用的常用的计算方法计算方法:硬硬齿面齿面(折断折断):按齿面强度设计按齿面强度设计(先求先求a)按按弯曲弯曲强度强度校核校核按弯曲强度设计按弯曲强度设计(先求先求m)按按齿面齿面强度强度校核校核按弯曲强度设计按弯曲强度设计(求求m)考虑考虑磨损磨损将将F(0.70.8)(许用弯曲应力许用弯曲应力)软软齿面齿面(点蚀点蚀):开式开式传动传动:(磨损磨损)闭
8、式闭式传动传动 1.齿面要硬齿面要硬,齿芯要韧齿芯要韧 2.易于加工及热处理易于加工及热处理一一对齿轮对齿轮材料的材料的 基本要求基本要求:二二.常用的常用的齿轮材料齿轮材料三三.常用常用热处理热处理11-2 齿轮的材料齿轮的材料 p.165四四.钢制齿轮加工钢制齿轮加工工艺工艺过程:过程:二二.常用的常用的齿轮材料齿轮材料 表表11-1,p.166 钢钢 用于开式用于开式、低速传动的齿轮低速传动的齿轮强度差强度差,易成型易成型 1.灰口铸铁灰口铸铁 HT200、HT300 2.球墨铸铁球墨铸铁 QT500-7 用于小功率、速度高用于小功率、速度高低噪音低噪音含碳量为含碳量为0.10.6常用常
9、用 性能最好性能最好(可通过热处理提高机械性能可通过热处理提高机械性能)1.锻钢钢材经锻造锻钢钢材经锻造,性能提高性能提高最常用最常用 45、35SiMn、42SiMn、40Cr、35CrMo 2.铸钢齿轮较大铸钢齿轮较大(d400600)时采用时采用 ZG310-570、ZG340-640 铸铁铸铁非金属材料非金属材料四四.钢制齿轮加工钢制齿轮加工工艺工艺过程:过程:热热(正正)切齿切齿表面硬化处理表面硬化处理 (淬火、氰化、氮化淬火、氰化、氮化)坯料坯料热热(正、调正、调)切齿切齿 (一般一般8级、精切级、精切7级级)正火、调质正火、调质HBS1=HBS220 50HRc1 HRc2渗氮渗
10、氮低低碳钢渗碳淬火碳钢渗碳淬火中中碳钢表面淬火碳钢表面淬火三三.常用常用热处理热处理:硬硬齿面:齿面:软软齿面:齿面:软软齿面齿面(中中):硬硬齿面:齿面:相对运动相对运动 储存润滑剂储存润滑剂 组组:传递运动的准确性传递运动的准确性组组:传递运动的平稳性传递运动的平稳性组组:载荷分布的均匀性载荷分布的均匀性12级,常用69级二二.齿轮精度齿轮精度三三.齿轮副侧隙齿轮副侧隙一一.齿轮精度等级齿轮精度等级标准齿轮标准齿轮:理论上理论上(分度圆分度圆)齿厚齿厚=齿槽齿槽 实际上实际上齿厚齿厚齿槽齿槽齿轮副侧隙齿轮副侧隙 齿厚减簿齿厚减簿精度等级的选择表11-2 P.168113齿轮传动的精度齿轮传
11、动的精度 P.167 安装制造误差影响正常工作 精度圆周力圆周力t:径向力径向力r:Fn(二二)斜齿圆柱齿轮传动作用力分斜齿圆柱齿轮传动作用力分析析(三三)直齿圆锥齿轮传动作用力分直齿圆锥齿轮传动作用力分析析(四四)计算载荷计算载荷11-4齿轮传动作用力分析及计算载荷齿轮传动作用力分析及计算载荷 P.168FrFnFt 设一对标准齿轮正确安装设一对标准齿轮正确安装 ,齿廓在齿廓在C点接触,略去点接触,略去f不计不计轮齿间的总压力为轮齿间的总压力为n,沿啮合线沿啮合线指向齿面指向齿面一一.n 的分解的分解:对对n进行分解:进行分解:沿半径方向指向齿面沿半径方向指向齿面沿分度圆切线方向指向齿面沿分
12、度圆切线方向指向齿面(一一)直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮传动作用力分析传动作用力分析 图图11-5 Ft2T11 (11-1)FrFtg (11-1a)Fn Ft cos (11-1b)1:小齿轮转矩小齿轮转矩mm,1:小齿轮分度圆直径小齿轮分度圆直径mm,:压力角压力角FrFnFtP功率功率kw,转速转速r/min二二.作用力的大小:作用力的大小:三三.作用力的方向及判断作用力的方向及判断与与1 反向反向 与与2 同向同向t2(从从):由啮合点指向轮心由啮合点指向轮心 (外外)Ft2Fr2Fr1Ft1Fr1Fr2Ft2示意图示意图Ft1C12Ft2Ft1Fr2Fr1Vt1(主主):tr(二二)斜
13、齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮传动作用力分析传动作用力分析 p.176右右右右 左左 左左一一.n 的分解:的分解:其轮齿沿螺旋线方向均匀地分布在圆柱体其轮齿沿螺旋线方向均匀地分布在圆柱体左、右旋左、右旋端面端面轴面轴面Fn法面法面1XYZ过过C建立建立OXYZ坐标坐标切面切面FrXYZFtFan 圆周力圆周力t:沿分度圆沿分度圆 切线方向指向齿面切线方向指向齿面 轴向力轴向力a:与轴线与轴线 平行并指向齿面平行并指向齿面径向力径向力r:沿半径方沿半径方 向指向齿面向指向齿面切面:F=Ft/cos attg法面:Fr=F tg n圆周力圆周力:t21d1径向力径向力:rttgncos 轴向力轴向力:a
14、ttg二二.作用力的大小:作用力的大小:FnrFtFrFan1F三三.作用力的方向及判断:作用力的方向及判断:Ft1Fr1Ft1Fr1Fr2Ft2Fr2Fa1Fa1Fa2Fa2Ft2 主动轮主动轮用左右手定则用左右手定则 (左旋左手、右旋右手、左旋左手、右旋右手、四指转向、拇指轴向四指转向、拇指轴向)示意图示意图tt1(主)主):与与1 反向反向 t2(从):与从):与2 同向同向 r 由啮合点指向轮心由啮合点指向轮心 a *配对齿轮旋向相反 Ft1Ft2Fr1Fr2Fa1Fa2Ft3Fr3Fa3Ft4Fr4Fa4*同轴齿轮旋向相同(非同级齿轮)例题:例题:设斜齿圆柱齿轮传动的转动方向及螺旋线
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- 机械设计 基础 第十一 齿轮 传动
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