齿轮传动课件优秀PPT.ppt

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1、齿轮传动课件第一页，本课件共有59页 概述l l齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。l l主要优点是：传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。l l主要缺点是：制造精度要求高，制造费用大，精度低时振动和噪声大，不宜用于轴间距离较大的传动。2022/12/82第二页，本课件共有59页概述l l齿轮传动可做成开式和闭式齿轮传动。l l开式齿轮传动，齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好的润滑，轮齿易磨损，多用于低速、不重要的场合。l l闭式齿轮传动，其齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度，应用广泛。2022/12/83第三页，本课件共有59页

2、概述l l机械系统对齿轮传动的功能要求主要有：uu(1)能传递两个平行轴或相交轴或交错轴间的回转运动和转矩；uu(2)保证传动比恒定不变；uu(3)能传递足够大的动力，工作可靠；uu(4)保证较高的运动精度；uu(5)能达到预定的工作寿命。2022/12/84第四页，本课件共有59页齿轮传动失效形式l l轮齿折断l l齿面损伤uu齿面点蚀齿面点蚀uu齿面磨损齿面磨损uu齿面胶合齿面胶合uu塑性变形塑性变形2022/12/85第五页，本课件共有59页失效形式：轮齿折断l l轮齿受力后，其根部受交变弯曲应力作用，在齿根过渡圆角处，应力最大且有应力集中，当此处的交变应力超过了材料的疲劳极限时，其拉伸

3、侧将产生疲劳裂纹。裂纹不断扩展，最终造成轮齿的弯曲疲劳折断。2022/12/86第六页，本课件共有59页失效形式：轮齿折断l l齿宽较小的直齿圆柱齿轮，裂纹往往沿全齿根扩展，导致全齿折断；l l齿宽较大的直齿圆柱齿轮(因制造误差使载荷集中在齿的一端)、斜齿圆柱齿轮和人字齿轮(接触线倾斜)，其齿根裂纹往往沿倾斜方向扩展，发生轮齿的局部折断。2022/12/87第七页，本课件共有59页失效形式：轮齿折断l l当齿轮受到短时过载或冲击载荷时，易引起轮齿过载折断。l l选用合适的材料和热处理方法，使齿根芯部有足够的韧性；采用正变位齿轮，增大齿根圆角半径，对齿根处进行喷丸、辊压等强化处理工艺，均可提高轮

4、齿的抗折断能力。2022/12/88第八页，本课件共有59页失效形式：齿面点蚀l l轮齿受力后，齿面接触处将产生循环变化的接触应力，轮齿在接触应力反复作用下，在轮齿表面或次表层出现不规则的细线状疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果，使齿面金属脱落而成形麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀，简称为点蚀。2022/12/89第九页，本课件共有59页失效形式：齿面点蚀l l齿轮在啮合过程中，因轮齿在节线处啮合时，同时啮合齿对数少，接触应力大，且在节点处齿廓相对滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，故点蚀首先出现在节线附近的齿根表面上，然后再向其它部位扩展。2022/12/810第十页，本课件共有59页失效形式：齿面点

5、蚀l l对于软齿面齿轮(硬度350HBS)，当载荷不大时，在工作初期，由于相啮合的齿面接触不良造成局部应力过高而出现麻点。齿面经一段时间跑合后，接触应力趋于均匀，麻点不再扩展，甚至消失，这种点蚀称为早期点蚀（收敛性点蚀）。2022/12/811第十一页，本课件共有59页失效形式：齿面点蚀l l如果在足够大的载荷作用下，齿面点蚀面积不断扩展，麻点数量不断增多，点蚀坑大而深，就会发展成破坏性点蚀（扩展性点蚀）。l l这种点蚀出现的结果，往往产生强烈的振动和噪声。2022/12/812第十二页，本课件共有59页失效形式：齿面点蚀l l硬齿面齿轮(硬度350HBS)，其齿面接触疲劳强度高，一般不易出现

6、点蚀，但由于齿面硬、脆，一旦出现点蚀，它会不断扩大，形成破坏性点蚀。l l开式齿轮传动，一般不会出现点蚀。这是因为开式齿轮磨损快，齿面一旦出现点蚀就被磨去。2022/12/813第十三页，本课件共有59页失效形式：齿面点蚀l l提高齿面硬度和润滑油的粘度，采用正角度变位传动等，可减缓或防止点蚀产生。2022/12/814第十四页，本课件共有59页失效形式：齿面磨损l l在齿轮传动中，当齿面间落入砂粒、铁屑、非金属物等磨料性物质时，会引起齿面磨损，这种磨损称为磨料磨损。l l齿面磨损后，齿廓形状破坏，引起冲击、振动和噪声，且由于齿厚减薄而可能发生轮齿折断。l l磨料磨损是开式传动的主要失效形式。

7、2022/12/815第十五页，本课件共有59页失效形式：齿面磨损l l改善密封和润滑条件、在油中加入减摩添加剂、保持油的清洁、提高齿面硬度等，均能提高抗磨料磨损能力。2022/12/816第十六页，本课件共有59页失效形式：齿面胶合l l互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度和(或)压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着磨损，这就是齿面胶合。l l在重载高速齿轮传动中，由于啮合处产生很大的摩擦热，导致局部温度过高，使齿面油膜破裂，产生两接触齿面金属融焊而粘着，这种胶合称为热胶合。2022/12/817第十七页，本课件共有59页失效形式：齿面胶合l l在重载低速

8、齿轮传动中，由于局部齿面啮合处压力很高，且速度低，不易形成油膜，使接触表面膜被刺破而粘着，这种胶合称为冷胶合。2022/12/818第十八页，本课件共有59页失效形式：齿面胶合l l减小模数、降低齿高、采用角度变位齿轮以减小滑动系数，提高齿面硬度，采用抗胶合能力强的润滑油(极压油)等，均可减缓或防止齿面胶合。2022/12/819第十九页，本课件共有59页失效形式：塑性变形l l当轮齿材料较软，载荷及摩擦力又很大时，轮齿在啮合过程中，齿面表层的材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形。l l由于主动轮齿上所受摩擦力是背离节线分别朝向齿顶及齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面沿节线处变成凹沟。l l从

9、动轮齿上所受的摩擦力方向则相反，塑性变形后，齿面沿节线处形成凸棱。2022/12/820第二十页，本课件共有59页失效形式：塑性变形l l提高齿面硬度，采用粘度高的润滑油，可防止或减轻齿面产生塑性变形。2022/12/821第二十一页，本课件共有59页齿轮材料及热处理：齿轮材料及热处理：锻钢锻钢l l制造齿轮的锻钢按热处理方式和齿面硬度不同分为两类：uu(1)正火或调质钢。这种齿轮用经正火或调质处理后的锻钢切齿而成，其齿面硬度不超过350HBS，这种齿轮称为软齿面齿轮。常用的材料为钢45、钢50等作正火处理或钢45、40Cr、35SiMn、38SiMnMo等作调质处理。2022/12/822第

10、二十二页，本课件共有59页齿轮材料及热处理：齿轮材料及热处理：锻钢锻钢uu由于啮合过程中，小齿轮的啮合次数比大齿轮多，齿根应力较大齿轮大，为了使大、小齿轮的寿命接近相等，推荐小齿轮的齿面硬度比大齿轮高3050HBS。软齿面齿轮常用于对齿轮尺寸和精度要求不高的传动中。2022/12/823第二十三页，本课件共有59页齿轮材料及热处理：齿轮材料及热处理：锻钢锻钢uu(2)表面硬化钢和氮化钢。齿轮一般为用锻钢切齿后经表面硬化处理(表面淬火、渗碳淬火、氮化等)，淬火后(特别是渗碳淬火)，因热处理变形大，一般都要经过磨齿等精加工，以保证齿轮所需的精度。氮化齿轮变形小，在精度低于7级时，一般不需磨齿。氮化

11、齿轮，因硬化层深度很小(0.10.6mm)，不宜用于有冲击或有磨料磨损的场合。2022/12/824第二十四页，本课件共有59页齿轮材料及热处理：齿轮材料及热处理：锻钢锻钢uu硬齿面齿轮常用的材料为20Cr、20CrMnTi、40Cr、38CrMoA1A等。这类齿轮由于齿面硬度高，承载能力高于软齿面齿轮，常用于高速、重载、精密的传动中。随着硬齿面加工技术的进一步发展，对于一般精度的齿轮，软齿面齿轮将有可能被硬齿面齿轮所取代。2022/12/825第二十五页，本课件共有59页齿轮材料及热处理：齿轮材料及热处理：铸钢铸钢l l铸钢的耐磨性及强度均较好，其承载能力稍低于锻钢，常用于尺寸较大(d400

12、600mm)不宜锻造的场合。2022/12/826第二十六页，本课件共有59页齿轮材料及热处理：铸铁l l铸铁的抗弯及耐冲击性能较差，主要用于低速、工作平稳、传递功率不大和对尺寸与重量无严格要求的开式齿轮。常用的材料有灰铸铁HT300、HT350，球墨铸铁Q5007等。2022/12/827第二十七页，本课件共有59页齿轮材料及热处理：齿轮材料及热处理：非金属非金属l l非金属材料(如夹布胶木、尼龙等)的弹性模量小，在承受同样的载荷作用下其接触应力小。但它的硬度、接触强度和抗弯曲强度低。因此，常用于高速、小功率、精度不高或要求噪声低的齿轮传动中。2022/12/828第二十八页，本课件共有59

13、页受力分析：直齿轮l l略去齿面间的摩擦力l l轮齿上的法向力可分解为两个互相垂直的分力：l l切于分度圆的圆周力l l沿半径方向的径向力。2022/12/829第二十九页，本课件共有59页2022/12/830第三十页，本课件共有59页受力分析：直齿轮l l各分力的方向：l l圆周力，在主动轮上是阻力，它与回转方向相反；在从动轮上是驱动力，它与回转方向相同。l l径向力，分别指向轮心(外啮合齿轮传动)。l l作用在主动轮和从动轮上的各对应力等值反向。2022/12/831第三十一页，本课件共有59页受力分析：直齿轮Ft1Ft2Fr1Fr22022/12/832第三十二页，本课件共有59页受力

14、分析：斜齿轮l l略去齿面间的摩擦力l l作用于节点C的法向力Fn可分解为径向力Fr和分力Fl l分力F又可分为圆周力Ft轴向力Fa2022/12/833第三十三页，本课件共有59页2022/12/834第三十四页，本课件共有59页受力分析：斜齿轮l l作用在主动轮和从动轮上的各力均对应等值反向，各分力的方向可用下面的方法判定：l l（1）圆周力Ft：在主动轮上与回转方向相反，在从动轮上与回转方向相同；l l（2）径向力Fr：分别各自指向轮心；2022/12/835第三十五页，本课件共有59页受力分析：斜齿轮l l（3）轴向力Fa的方向取决于齿轮的回转方向和螺旋线方向，可以用“主动轮左、右手定

15、则”来判断：uu主动轮为右旋时，以右手四指的弯曲方向表示主动轮的转向，母指指向即为它所受轴向力的方向；uu主动轮为左旋时，用左手，方法同上。uu上述“左右手定则”仅适用于主动轮。2022/12/836第三十六页，本课件共有59页受力分析：斜齿轮Fa1Fa2Fr1Fr2Ft1Ft22022/12/837第三十七页，本课件共有59页2022/12/838第三十八页，本课件共有59页2022/12/839第三十九页，本课件共有59页斜齿圆柱齿轮传动的强度计算l l斜齿圆柱齿轮传动，因其接触线倾斜，同时啮合的齿数多，重合度大，故传动平稳，噪声小，承载能力高，常在速度较高的传动系统中使用。2022/12

16、/840第四十页，本课件共有59页直齿圆锥齿轮传动l l圆锥齿轮传动常用于传递两相交轴之间的运动和动力。l l根据轮齿方向和分度圆母线方向的相互关系，可分为直齿、斜齿和曲线齿圆锥齿轮传动。l l仅介绍常用的轴交角的直齿圆锥齿轮传动的强度条件。2022/12/841第四十一页，本课件共有59页直齿圆锥齿轮传动l l圆锥齿轮理论齿廓为球面渐开线l l实际加工出的齿形与其有较大的误差，不易获得高的精度，在传动中产生较大的振动和噪声l l直齿圆锥齿轮传动仅适用于V5 m/s的传动。2022/12/842第四十二页，本课件共有59页l l直齿圆锥齿轮的标准模数为大端模数m，其几何尺寸按大端计算。l l背

17、锥l l当量齿轮l l正确啮合条件直齿圆锥齿轮传动2022/12/843第四十三页，本课件共有59页2022/12/844第四十四页，本课件共有59页2022/12/845第四十五页，本课件共有59页受力分析l l由于直齿圆锥齿轮的轮齿从大端到小端逐渐收缩，轮齿沿齿宽方向的截面大小不等，受力后不同截面的弹性变形各异，引起载荷分布不均，其受力和强度计算都相当复杂，一般以齿宽中点的当量直齿圆柱齿轮作为计算基础2022/12/846第四十六页，本课件共有59页受力分析l l直齿圆锥齿轮传动，其载荷沿齿宽分布不均（大端处的单位载荷大），l l但分析作用力时，为简便起见，可近似假定载荷沿齿宽分布均匀，并

18、集中作用于齿宽中点节线处的法向平面内。2022/12/847第四十七页，本课件共有59页l l各分力的方向可作如下判定：(1)圆周力，在主动轮上是阻力，与回转方向相反，在从动轮上是驱动力，与回转方向相同；(2)径向力，分别指向轮心；(3)轴向力，分别由各轮的小端指向大端。受力分析2022/12/848第四十八页，本课件共有59页受力分析主动轮Ft1Ft2Fa1Fr1Fa2Fr22022/12/849第四十九页，本课件共有59页齿轮的结构设计2022/12/850第五十页，本课件共有59页齿轮的结构2022/12/851第五十一页，本课件共有59页齿轮的结构2022/12/852第五十二页，本课件共有59页齿轮的结构2022/12/853第五十三页，本课件共有59页齿轮的结构2022/12/854第五十四页，本课件共有59页齿轮的结构2022/12/855第五十五页，本课件共有59页齿轮传动的润滑2022/12/856第五十六页，本课件共有59页齿轮传动的润滑2022/12/857第五十七页，本课件共有59页齿轮传动练习:分析与思考l l24 在下列各齿轮受力图中标注各力的符号（齿轮1主动）。2022/12/858第五十八页，本课件共有59页2022/12/859第五十九页，本课件共有59页