机械设计10资料课件

第十章 齿轮传动 101 概概 述述一一齿轮传动的特点：齿轮传动的特点：二二 效率高、结构紧效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命凑、工作可靠、寿命长，传动比稳定。长，传动比稳定。二二 齿轮传动的分类齿轮传动的分类:(按工作条件分类按工作条件分类)闭式传动闭式传动 软齿面软齿面 HBC38 硬齿面硬齿面 HBC38 开式传动开式传动 (半开式传动）半开式传动）102 轮齿的失效形式及计算准则轮齿的失效形式及计算准则(一一)轮齿的失效形式：轮齿的失效形式：1.轮齿折断轮齿折断（开式或硬齿）疲劳折断疲劳折断 2.齿面点蚀齿面点蚀（闭式软齿面）主要齿根弯曲疲劳折断主要齿根弯曲疲劳折断 靠近节线的齿根表面靠近节线的齿根表面有点状脱落，有点状脱落，出现凹坑出现凹坑点蚀点蚀原因：原因：润滑不良润滑不良 摩擦力大 交变的接触应力反复作用疲劳裂纹疲劳裂纹疲劳裂纹疲劳裂纹5.塑性变形塑性变形 应力过大应力过大材料屈服材料屈服塑性流动塑性流动 齿面变形齿面变形4.齿面磨损齿面磨损 (开式)油不净油不净磨料磨损磨料磨损齿形破坏齿形破坏 3.齿面胶合齿面胶合 (高速、重载)压力大、温度高压力大、温度高润滑失效润滑失效表面粘连表面粘连沿运动方沿运动方 向撕裂向撕裂二、设计准则二、设计准则二、设计准则二、设计准则1.1.闭式软齿面齿轮（齿面硬度闭式软齿面齿轮（齿面硬度38HRC）:按接触疲劳强度按接触疲劳强度设计设计,验算弯曲疲劳强度。验算弯曲疲劳强度。2.2.闭式硬齿面齿轮（齿面硬度闭式硬齿面齿轮（齿面硬度 38HRC）:按弯曲强按弯曲强度设计度设计,验算接触强度。验算接触强度。3.3.开式齿轮传动开式齿轮传动:按弯曲强度设计，增大按弯曲强度设计，增大 (10-15)%(10-15)%模模数考虑磨损的影响。数考虑磨损的影响。对中、低速对中、低速齿轮传动：齿轮传动：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。10-3 齿轮的材料及其选用原则铸钢（铸钢（尺寸较大的齿轮）尺寸较大的齿轮）锻钢锻钢(中、小尺寸的中、小尺寸的齿轮）齿轮）一、钢一、钢1.软齿面齿轮材料及热处理：软齿面齿轮材料及热处理：2.中碳钢中碳钢:45，40Cr,38SiMnMo;ZG310-5703.热处理：正火，调质热处理：正火，调质;4.软软齿面齿面齿轮应使齿轮应使小小齿轮齿轮的的齿面硬度大齿面硬度大于大齿轮于大齿轮的的齿面硬度（齿面硬度（3050）HBS。5.2.硬齿面齿轮材料及热处理：硬齿面齿轮材料及热处理：6.中碳钢：表面淬火中碳钢：表面淬火三、非金属三、非金属材料材料 高速、轻载。如纺织机械用齿轮高速、轻载。如纺织机械用齿轮二、铸铁（开式齿轮二、铸铁（开式齿轮:低速，小功率低速，小功率）HT200,HT250，用于工作平稳，速度较，用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。低，功率不大的场合。3.低碳钢：低碳钢：20，20Cr,20CrMnTi 渗碳渗碳 硬度达硬度达5662HRC10-4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷计算载荷计算载荷1、使用系数、使用系数KA 是考虑由于齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷的影响系数。是考虑由于齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷的影响系数。载荷系数载荷系数 2、动载荷系数、动载荷系数Kv 是考虑是考虑齿轮齿轮齿轮齿轮制造及安装误差制造及安装误差制造及安装误差制造及安装误差，齿轮，齿轮，齿轮，齿轮受载后产生弹性变形引起动受载后产生弹性变形引起动受载后产生弹性变形引起动受载后产生弹性变形引起动 载荷的影响系数。载荷的影响系数。载荷的影响系数。载荷的影响系数。3、齿向载荷分布系数、齿向载荷分布系数K 是考虑齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿强度的影响系数是考虑齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿强度的影响系数4、齿间载荷分配系数、齿间载荷分配系数 Ka 是是考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的系数不均匀的系数Fn：作用于齿面接触线上的法向载荷，L：齿面接触线的长度附附1：渐开线齿轮的压力角：渐开线齿轮的压力角 当一直线沿一圆周作纯滚动时，此直线上任一点的轨迹即称为该圆的渐开线，该圆称为渐开线的基圆。用渐开线作为齿廓的的齿轮称为渐开线齿轮。渐开线齿轮能保持恒定的传动比。AK渐开线基圆，rbK：渐开线AK段的展角渐开线上任一点法向压力的方向线（即渐开线在该点的法线）和该点速度方向之间的夹角称为该点的压力角。k即为渐开线上K点的压力角 渐开线上某点的压力角是各不相同的，通常所指的压力角20 度、25度指的是齿轮分度圆与渐开线交点处点的压力角。10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿的受力分析一、轮齿的受力分析各力的大小各力的大小:FTdFF tanFFtrtnt=211/cos N.mm各力的方向各力的方向:主动轮主动轮圆周力圆周力F Ft t方向与转向方向与转向相反相反;从动轮从动轮圆周力圆周力F Ft t方向与转向方向与转向相同相同;径向力径向力F Fr r指向各自的轮心。指向各自的轮心。d1=mz1作用力的方向判断及关系：作用力的方向判断及关系：t t1(主主):Ft1Fr1Ft1Fr1Fr2Ft2Ft2Fr2r1 r2与与1 反反向向 与与2 同同向向t2(从从):分别指向各自轮心分别指向各自轮心：画受力图时，各分力画在啮合点上关系：1=2关系：t1=t2 r1=r2附2：什么是齿轮模数“模数”是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距p与圆周率的比值(m=p/)，以毫米为单位。模数是模数制轮齿的一个最基本参数。模数越大，轮齿越高也越厚，如果齿轮的齿数一定，则轮的径向尺寸也越大。d1=mz1弯曲强度校核公式：弯曲强度校核公式：齿形系数齿形系数 考虑齿根应力集中的影响齿根应力集中的影响引进应力校正系数应力校正系数YSa，YFa与模数无关，只与齿形（齿数）有关Ft=2T1d1 m=d1z1齿宽系数齿宽系数：d=bd1(二二)齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算 由公式计算出 模数去套标准套标准m增大，增大，减小，弯曲强度提高。减小，弯曲强度提高。对齿根弯曲疲劳强度计算的说明：对齿根弯曲疲劳强度计算的说明：2 2、相啮合齿轮、相啮合齿轮,如如 则则 ;应分别验算弯曲强度应分别验算弯曲强度1 1、影响齿根弯曲强度的主要参数是、影响齿根弯曲强度的主要参数是 ；m方框内部分，两齿轮相同 值值小小的齿轮弯曲强度的齿轮弯曲强度 ；低低两两齿轮相等齿轮相等两两齿轮不相等齿轮不相等设计时应代入设计时应代入 小小的求的求m ，即即代入代入 大大的的求求m 。齿面接触齿面接触强度强度 校核公式校核公式齿面接触强度齿面接触强度设计公式设计公式(三三)齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算1 1、影响齿面接触强度的主要参数是、影响齿面接触强度的主要参数是 ；d1 增大，增大，s sH H ，接触强度接触强度 ；对接触强度计算的说明：对接触强度计算的说明：当当 d1=mz1不变时，不同的不变时，不同的m、z1组合对组合对接触强度影响不大。接触强度影响不大。减小减小提高提高2 2、相啮合齿轮接触应力、相啮合齿轮接触应力相等相等如如 ，小小的齿轮接触的齿轮接触强度强度 ；低低设计时应代入设计时应代入 小小的求的求 。齿轮传动的设计参数选择齿轮传动的设计参数选择106 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 压力角压力角的选择的选择:增大压力角，有利于提高齿轮的弯曲强度及接触强度，增大压力角，有利于提高齿轮的弯曲强度及接触强度，但是又会增加噪音和动载荷。但是又会增加噪音和动载荷。一般齿轮=20；航空用齿轮=25 齿数的选择：齿数的选择：d1一定，齿数一定，齿数1 重合度重合度平稳性好平稳性好 m小小加工量加工量，但齿轮弯曲强度差，但齿轮弯曲强度差闭式闭式软齿面软齿面：1宜取多提高平稳性，1=2040开式或闭式硬开式或闭式硬齿面齿面：1宜取少保证轮齿弯曲强度 1 17，应该取，应该取17203.小齿轮齿数确定后，按齿数比可以确定大齿轮的齿数。为了使各个相啮合齿对磨损均匀，传动平稳，1 和2应互为质数。应互为质数。齿轮传动的许用应力齿轮传动的许用应力 d b 承载能力 但载荷分布不 均匀应取得适当 计算齿宽：b=d d1 齿轮的许用应力：齿轮的许用应力：疲劳强度安全系数疲劳强度安全系数 S 接触：接触：S=SH=1 弯曲弯曲:S=SF=1.251.54.齿宽系数齿宽系数d 的选择：的选择：寿命系数寿命系数KN考虑应力循环次数影响考虑应力循环次数影响接触：接触：KN=KHN_ 由N查图1019弯曲弯曲:KN=KFN 由N查图1018 N=60njLh n齿轮的转速（rmin）j齿轮转一周时，同一齿面参加啮合的次数 Lh齿轮的工作寿命 Lh=年年数数300班数班数8（h）齿轮精度的选择：齿轮精度的选择：在渐开线圆柱齿轮精度标准中，分别对齿轮在渐开线圆柱齿轮精度标准中，分别对齿轮规定有规定有12个精度等级，按精度的高低依次为：个精度等级，按精度的高低依次为：1、2、12。齿轮精度等级应根据传动的用途、。齿轮精度等级应根据传动的用途、使用条件、传动功率和圆周速度等确定。表使用条件、传动功率和圆周速度等确定。表10-8给出了各种精度等级齿轮的使用，供选择精度给出了各种精度等级齿轮的使用，供选择精度等级时参考。常用齿轮精度为等级时参考。常用齿轮精度为59级。级。一、轮齿的受力分析轮齿的受力分析各力的方向各力的方向各力的方向各力的方向:方向用方向用“主动轮左、右主动轮左、右手定则手定则”判定。判定。107 斜齿圆柱齿轮的强度计算斜齿圆柱齿轮的强度计算、判定方法与直齿轮判定方法与直齿轮相同。相同。n 圆周力圆周力t 径向力径向力rt21d1rttgncosattg对主动轮，左对主动轮，左(右右)旋用左旋用左(右右)手手,四指指四指指转向转向,拇指指向为轴向力的方向。拇指指向为轴向力的方向。107 斜齿圆柱齿轮的强度计算斜齿圆柱齿轮的强度计算1.因为啮合面由小大小，啮合平稳，冲击小，噪音小；斜齿轮的优点 2.重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力。3.不产生根切的最少齿数少。4.不变位就可以凑中心距。5.在相同承载力下，外形小。主动轮主动轮例：斜齿轮受力分析例：斜齿轮受力分析已知二级斜齿轮传动，已知二级斜齿轮传动，1 轮主动，转向和旋向如图，轮主动，转向和旋向如图，试：试：1、为使、为使轴轴向力小，合理确定各齿轮旋向；轴轴向力小，合理确定各齿轮旋向；2、画出各轮齿受力方向。、画出各轮齿受力方向。2134结论结论：轴上轴上两斜齿轮旋两斜齿轮旋向相同时，向相同时，轴总轴向力轴总轴向力小。小。弯曲强度校核公式弯曲强度校核公式：与直齿圆柱齿轮相比多了螺旋角 ，纵向重合度(二二)齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算 由公式计算出 模数去套标准套标准螺旋角影响系数螺旋角影响系数齿面接触齿面接触强度强度 校核公式校核公式齿面接触强度齿面接触强度设计公式设计公式(三三)齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算 斜齿传动接触线倾斜，当大齿轮齿根出现点蚀时，齿顶部位斜齿传动接触线倾斜，当大齿轮齿根出现点蚀时，齿顶部位仍可承担载荷，因此接触许用应力取决于两者大小齿轮。仍可承担载荷，因此接触许用应力取决于两者大小齿轮。107 锥齿轮传动锥齿轮传动轮齿的受力分析轮齿的受力分析各力方向：各力方向：和和 方向的判定与圆柱齿轮相同；方向的判定与圆柱齿轮相同；的方向由小端指向大端。的方向由小端指向大端。1234已知直齿锥齿轮已知直齿锥齿轮斜齿圆柱齿轮传动，输出轴斜齿圆柱齿轮传动，输出轴转向如转向如图，试：图，试：1、画出各齿轮受力方向；、画出各齿轮受力方向；2、为使、为使轴轴向力小，合理确定齿轮轴轴向力小，合理确定齿轮3、4 的旋向。的旋向。注意：当注意：当 n 反向时，反向时，轴轴向力大。轴轴向力大。108 齿轮的结构设计齿轮的结构设计一、齿轮轴一、齿轮轴二、实心齿轮二、实心齿轮对于直径很小的钢制齿轮对于直径小于160mm齿轮三、腹板式齿轮三、腹板式齿轮四、轮辐式齿轮四、轮辐式齿轮直径大于直径大于1.开式及半开式齿轮传动，或速度较低的闭式齿轮传动，通常用人工作周期性加油润滑，所用润滑剂为润滑油或润滑脂。2.闭式齿轮传动中，当齿轮的圆周速度小于12m/s是，常将大齿轮浸入油池中进行浸油润滑。3.闭式齿轮传动中，当齿轮的圆周速度大于12m/s是，常采用喷油润滑。10-9 齿轮传动的润滑齿轮传动的润滑