齿轮传动设计(中)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第,5,章 齿轮传动设计,(,中,),2,2.,重合度的计算,两对齿,同时啮合时的法向距离等于基圆齿距,p,b,而任,一对齿轮的啮合点必在线段,AB,之间，必须,AB,p,b,用,重合度表示：,=AB/,p,b,=,端面作用弧,/,齿距,1,这是齿轮的连续传动条件。,设计时一般取,1.1-1.5,重合度的计算公式为（不推导）：,对直,圆柱齿轮,=0,0,，,5-5,渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动,3,要求：,顶隙,:,三、齿轮传动的无侧隙啮合及标准中心距,对标准齿轮传动有,:,s1 = e2 = s2 = e1=, m/2,即当分度圆与节圆重合时，,齿侧间隙为零，,这时中心距称标准中心距,齿侧间隙,一齿轮节圆上的齿槽宽与另一齿轮节圆上的齿厚之差,5-5,渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动,4,当 时， ？,5-5,渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动,5,若,则,5-5,渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动,6,例三：已知一对外啮合正常齿标准直齿轮的参数为：,Z,1,=19,Z,2,=42,m=5mm,=200,。,试求：两轮的标准中心距,a;,基圆半径,r,b1,和,r,b2,;,齿顶圆半径,r,a1,和,r,a2,;,齿顶圆压力角,a1,;,基圆齿距,p,b1,。,并准确绘出这对齿轮传动的理论啮合线,N,1,N,2,(,设主动轮,1,顺时针转动,);,实际啮合线,AB;,节圆和啮合角。求重合度,并画出单齿及双齿啮合区。说明这对齿轮能否连续传动,?,为什么,?,解：,1.,计算中心距,、,rb,1,和,rb,2,、,ra,1,和,ra,2,、,a,1,、,pb,1,7,2.,求重合度,所以，可以连续传动,续例三：,8,5-6,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,一、切齿原理,按切齿原理 仿形法,范成法,1,、仿形法,这种方法是用盘状铣刀或指状铣刀在普通铣床上将轮坯齿,槽部分材料逐一铣掉，其铣刀轴向剖面形状和齿轮齿槽的,齿廓形状完全相同。盘状铣刀加工，指状铣刀加工,9,为什么加工精度低？,齿廓形状决定于基圆,rb,=,mzcos,，,故,m,一定，但,z,不同，齿形有差异，所以要制造精确，对每一模数于每一种齿数就要准备一把铣刀，就是不可能的。实际情况是一把标准铣刀对应于一定模数和几种齿数的齿轮。,加工特点：生产率低、加工精度低，但设备简单、刀具价廉，多用于单件修配和小批量生产。,10,5-6,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,2,、范成法,这种方法是利用一对齿轮互相啮合时其轭齿廓互为包络线原理来切齿的。,1,）插齿,11,a,、,范成运动：插刀和轮坯以,i=n,刀,/ n,坯,= z,坯,/ z,刀恒定传动,比回转，它如同齿轮啮合传动一样。,b,、,切削运动：插刀沿轮坯轴线作往复切削运动。,c,、,进给运动：插刀向轮坯中心逐步移动，直至达到规定中心,距。,d,、,让刀运动：为防止损伤切好,的齿面，退刀时有一个让刀,运动,。,同样原理也可用于齿条插刀 加工,5-6,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,12,二、变位齿轮简介,1,、根切现象,用范成法加工齿轮时，当刀具的齿顶超过了,N1,点时，因基圆内无渐开线，则超过,N,点的刀刃会在轮齿根部切去已加工好的渐开线齿廓，这种现象称,根切现象,。,危害：抗弯,降低齿轮传动的重合度,2.,不发生根切现象的最小齿数,N1,相对节点,C,越高，根切的可能性越小,N1,高，,r,b,=,mzcos,大，,Z,大不,根切,Zmin,= 17,2),滚齿,5-6,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,13,5-6,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,14,2,、,变位齿轮,产生根切原因是刀具的齿顶超过了,N,点，为此将刀具沿径向,移至图实线位置，就不会发生根切现象。（这时刀具基准线,不与轮坯分度圆相切）。移动的距离称为,变位量,，以,xm,表示，,x,变位系数，,m,模数。,规定： 刀具移远,正变位，正变位齿轮,刀具移近,负变位，负变位齿轮。,标准齿轮与变位齿轮比较：,模数、齿数、分度圆和基圆一样，,但齿厚、齿根圆、齿顶圆与标准,齿轮不同。,作用 避免根切、提高强度,5-6,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,15,5-7,齿轮传动的损伤形式及计算准则,一、主要失效形式（五种）,1,、,轮齿折断,疲劳折断（断口情况）,有弯曲变应力作用,裂纹,折断,齿根又有应力集中,单齿面工作,脉动,双齿面工作,对称,过载折断（断口情况）,冲击或短时严重意外过载，,静应力超过极限应力所造成的。,减轻措施：,a,、,热处理，使齿芯韧性好,b,、,正变位,c,、,减小齿根应力集中,16,2,、,齿面点蚀,点蚀是一种齿面呈麻点状的疲劳损伤,轮齿表面有脉动应力,疲劳裂纹,麻点凹,收敛性点蚀,载荷不大，工作初期发生，跑合后不再扩展甚至消失。,破坏性点蚀,载荷足够大，早期点蚀不断扩张和发展,危害：强烈的振动和噪声。,5-7,齿轮传动的损伤形式及计算准则,17,3,、,齿面磨损,齿面间有较硬的杂质,齿面上沿滑动方向有较均匀的条痕。是开式齿轮主要失效。磨损后必须换油。,减轻措施：提高硬度及质量、,注意清洁。,点蚀一般首先出现在节线附近靠近齿根处原因？,a,、,节线处相对滑动速度低难于形成油膜；,b,、,节线处是单对齿啮合；,软齿面（,HB350,）,易发生点蚀；,硬齿面（,HB350,）,不易发生点蚀；,开式齿轮，由于磨损快，不会发生点蚀。,减轻措施：提高硬度和润滑油粘度。,5-7,齿轮传动的损伤形式及计算准则,18,4,、,齿面胶合,胶合是相互啮合的轮齿表面在一定的压力下直接接触粘连到一起，同时伴随齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落现象。,热胶合,重载高速,摩擦热大，油膜破坏,金属熔焊,工作面沿滑动方向有撕裂状沟痕，胶合部有颜色变化（回火）。,冷胶合,重载低速（未经跑合）,局部压力,很大,金属粘着,跑合后会消失。,5-7,齿轮传动的损伤形式及计算准则,19,5,、,齿面的塑性变形,在过大应力作用下，齿面材料因屈服而产生塑变。,主动轮在节线附近产生凹沟；,从动轮在节线附近产生凹棱。,轮齿折断 硬齿（,HB350,） 闭式,疲劳点蚀 软齿（,HB350,）闭式,主要失效 齿面磨损 开式（硬齿、软齿）,齿面胶合 高速重载、低速重载,齿面塑变 软齿,小结：,5-7,齿轮传动的损伤形式及计算准则,20,二、计算准则,通常只对轮齿折断进行齿根弯曲，疲劳强度计算；对疲劳点蚀进行齿面接触疲劳强度计算。,计算准则：,闭式软齿面,按接触疲劳强度设计,按弯,校核。,（一个或一对,HB350,）,闭式硬齿面,按弯曲疲劳强度设计,按接,校核。,开式齿轮,按弯曲疲劳强度设计，用降低许用应力方法来考虑磨损影响。,对齿面磨损、塑变无成熟的计算方法。,对胶合用于较特别场合。,5-7,齿轮传动的损伤形式及计算准则,21,齿轮传动实例,齿轮破坏实例一：,东方红,33,号轮上的齿轮减速器，齿轮为软齿面。其齿面既有点蚀破坏，又有齿轮折断，说明齿轮的破坏不是单独的一种，有时有几种破坏同时存在。又如车辆厂用的起重机旋转机构中的齿轮有胶合和塑性变形同时存在。,齿轮破坏实例二：,沙市装卸公司，,1976,年设计,5t,浮吊，旋转大齿轮失效。第一次轮齿断裂，原因是轮齿材料内有空气泡。第二次由于齿轮椭圆度太大，造成整个轮齿断裂。,22,齿轮破坏实例三：,开式齿轮一般在尘砂较大的场合工作，通常主要,是磨损，而不会出现点蚀，因为当产生裂纹时，早有,磨粒将裂纹磨掉，如水泥机械中的开式传动。但是像,武汉标准件厂制造螺栓的开式齿轮传动，它是安放在,厂房里的，也有油润滑，在这种齿轮上，仍然出现点,蚀破坏，而不磨损。这是因为磨损较少，点蚀破坏仍,然是主要的。,齿轮传动实例,23,设计方法实例：,设计方法,就好比我们做衣服选衣料，做夏天的衣服购置夏天的布料，按夏装设计，而做冬天的衣服就购置冬天的布料，按冬装设计。我们选齿轮材料也是一样，采用不同的材料其设计方法就不同，如渗碳淬火（硬齿面）齿轮与调质处理（软齿面）的齿轮设计方法就不一样。,齿轮传动实例,24,5-7,齿轮材料及热处理,调质钢,45,、,锻钢 渗碳钢,40Cr,、,钢 氮化钢,20CrMnTi,金属 铸钢,ZG310-570,铸铁,HT250,、,QT500-5,非金属：夹布塑胶,尼龙,25,5-7,齿轮材料及热处理,齿轮材料选择实例一：,选材料时要尽量不用合金钢，有些合金元素还要进口，例如过去镍,(Ni),要进口，我们就要用三吨对虾去换,一吨镍，所以只有在重要场合才用合金钢，要根据具体情况来选用，要尽量节约材料。,齿轮材料选择实例二：,船用齿轮箱中的齿轮，由于速度较高，而且在倒车,时还受有冲击载荷，并且要求体积小，因此采用,18CrMnTi,或,20CrMnTi,渗碳淬火，其表面硬度高，内,部硬度软。这好比煎荷包蛋，外面要硬，里面要软，这,样才好吃。,26,齿轮材料选择实例三：,武汉汽车配件厂测绘制造日本变速箱齿轮，运转不,到,lh,，就折断了，后来加大齿根圆角与对齿根进行喷丸,处理，很快解决了问题。,齿轮传动实例,27,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,28,产生根切的原因,当刀具齿顶线与啮合线的交点超过啮合极限点,N,，,刀具由位置,继续移动时，便将根部已切制出的渐开线齿廓再切去一部分。,齿轮根切现象,r,r,b,p,N,B,刀,刃,节线,0,齿顶线,1,B,2,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,29,30,渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介,31,轮齿折断,齿轮传动的损伤形式及计算准则,32,齿面磨损,齿轮传动的损伤形式及计算准则,33,齿面点蚀,齿轮传动的损伤形式及计算准则,34,齿面胶合,齿轮传动的损伤形式及计算准则,35,齿面塑性变形,齿轮传动的损伤形式及计算准则,36,N,2,N,1,B,1,B,2,(a),1,B,1,B,2,P,n,返回,渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动,