a第11章-齿轮传动课件

,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,*,第11章 齿轮传动（2）,11-9,轮齿的失效形式,及设计准则,11-10,齿轮材料及许用应力,11-3,齿轮传动的精度,11-4,直齿圆柱齿轮传动的作用力和计算载荷,11-5,直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算,11-6,直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算,11-7,斜齿圆柱齿轮传动,11-8,直齿圆锥齿轮传动,11-9,齿轮的构造,11-10,齿轮传动的润滑和效率,11-11 圆弧齿轮传动简介*,作业,复习,11.9 轮齿的失效形式和设计准则,1、,轮齿折断,2、,齿面点蚀,3、,齿面胶合,4、,齿面磨损,5、,齿面塑性变形,一、轮齿的失效形式：,二、,齿轮传动的设计准则,：,1、轮齿折断,一般发生在齿根部分：,过载折断,疲劳折断：轮齿单侧工作时，弯曲应力按脉动循环变化；轮齿双侧工作时，弯曲应力按对称循环变化。,2、齿面点蚀,双动式棘轮机构,齿面接触应力超过材料的接触疲劳极限时，齿面表层先出现细微的疲劳裂纹，裂纹蔓延使金属微粒剥落下来形成疲劳点蚀。首先出现在靠近节线处。,抗点蚀能力与齿面硬度有关,。,3、齿面胶合,高速重载传动中，啮合区温度升高，致使接触面相互粘连，较软的齿面被撕裂形成沟纹。,与齿面硬度和粗糙度有关。,4、齿面磨损,分为磨粒磨损和跑合,磨,损。,开式传动中常见,磨粒磨损，采用闭式传动、减小齿面粗糙度和保持良好润滑可以减轻。,新制造的齿轮副，开始运转时，磨损速度和磨损量均较大，磨损到一定程度后，摩擦面逐渐光洁，压强减小，磨损速度减慢。,5、齿面塑性变形,在重载下，较软的齿面可能产生局部的塑性变形，使齿廓失去正常的齿形。,二、设计准则,根据不同的失效形式，分别建立相应的设计准则和计算方法。,通常按齿根弯曲疲劳强度和齿面接触强度进行计算。,（1） 对开式传动的齿轮，主要失效形式是齿面磨损和因磨损而导致的轮齿折断，故只需按齿根弯曲疲劳强度设计计算。,（2） 对闭式传动，由于失效形式因齿面硬度不同而异，故分两种情况：,1）软齿面齿轮传动（配对齿轮之一的硬度350HBS），主要是疲劳点蚀失效，故设计准则为：按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。,2）硬齿面齿轮传动（配对两齿轮的硬度均350HBS），主要是轮齿折断失效，故设计准则为：按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。,11.10 .（1、2）齿轮材料及热处理,1 表面淬火（不需磨齿）,2 渗碳淬火（需磨齿）,3 调质（软齿面，可精切）,4 正火（软齿面）,5 渗氮（难以磨齿）,常用的材料：优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁,表面淬火：一般用于中碳钢和中碳合金钢，提高表面硬度（HRC52-56），并保持心部的韧性；,渗碳淬火：一般用于含碳量0.15%-0.25%的低碳钢和低碳合金钢，提高表面硬度（HRC56-62） ，并保持心部的韧性；,调质：一般用于中碳钢和中碳合金钢，提高表面硬度（HBS220-260） ，程度不如前两种处理方法；,正火：消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。,渗氮：一种化学热处理，变形小，提高表面硬度（HRC60-62）。,11-10 .3 许用应力（1）,许用接触应力,许用接触应力,Z,N,接触疲劳寿命系数，查图11.26,Hlim,为,齿轮的接触疲劳极限，查图表。,S,H,齿面接触疲劳安全系数， 可查表11-9。,11.10 .3 许用应力（2）,许用弯曲应力,Flim,为,轮齿的弯曲疲劳极限，查图表。,S,F,齿根弯曲疲劳安全系数，,可查表11-9。,许用弯曲应力为：,如为对称循环，应将查得的疲劳极限乘0.7。,Y,N,弯曲疲劳寿命系数，可查图11.25,11.11 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,1 轮齿上的作用力,径向力,法向力,11.11 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,1 轮齿上的作用力,圆周力,径向力,法向力,T,1,：小齿轮上的转矩Nmm,d,1,：小齿轮的分度圆直径mm,：压力角,力的方向：,圆周力Ft,：,在主动轮上与运动方向相反,在从动轮上与运动方向相同,径向力Fr：,均由作用点指向轮心,11.11 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,2 计算载荷,*优先采用第一系列，括号内的模数尽可能不用,分度圆直径,载荷集中,附加动载荷,应用计算载荷KF,n,代替名义载荷F,n,K值见表11.10,11.11.2 齿轮传动的强度计算-1,一、计算齿轮节点处的接触应力,赫兹应力公式,11.11.2 齿轮传动的强度计算-2,二、直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算,Z,E,弹性系数表11.11；,Z,H,节点区域系数,Z,重合度系数=0.85-0.92,u,齿数比 u,2,/ u,1,11.11.2,齿轮传动的强度计算-3,齿面最大接触应力,引入载荷系数K，并对上式进行处理，得到下式：,u,：大轮与小 轮的齿数比；b：齿宽；a：中心距,当齿轮材料、传动比、齿宽系数一定时，承载能力仅与中心距有关。,11.11.2,齿轮传动的强度计算-4,注意点：,（1）,两齿轮齿面的接触应力,H1,与,H2,大小相同。,（2）,两齿轮的许用接触应力 ,H,1,与 ,H,2,一般是不同的，进行强度计算时应选用其中较小值。,（3）,齿轮的齿面接触疲劳强度与齿轮的直径或中心距的大小有关，即与m与z的乘积有关，而与模数的大小无关。,当一对齿轮的材料、传动比、齿宽系数一定时，由齿面接触强度所决定的承载能力仅与齿轮的直径或中心距的大小有关。,（4）,d,=b/d1 ，,a,=b/a 增大齿宽系数及增大齿宽，可提高齿轮的承载能力。但齿宽过大，载荷分布不均匀，轮齿易折断。按P250，表11.19选取。,三. 轮齿齿根疲劳弯曲强度计算,1 出于安全的考虑，假定全部载荷仅由一对轮齿承担，且载荷作用于齿顶。悬臂梁,2 找危险截面：30,0,切线法；设危险截面处齿厚为s,F,3 受力分析：设法向力与轮齿对称中心线垂线夹角为,Fa,，则有：,4 危险截面的弯曲截面系数为：,5 则危险截面的弯曲应力为：,Y,F,为齿形系，见表11.12,所以轮齿弯曲强度的计算公式为：,两齿轮的齿形系数Y,F1,和Y,F2,并不相同，,许用弯曲应力,F1,和,F2,也不相同，,应分别验算两个齿轮的弯曲强度。,a,为齿宽系数，为b/a，负号用于内啮合。z,1,为小齿轮齿数。,取,和,中大者。,Y,F,是考虑齿形对齿根弯曲应力影响的系数。,只与齿形有关，而与模数无关。,m1.52,11-6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算-4,齿形系数,三、齿根弯曲疲劳强度计算,建立力学模型：,假设全部载荷作用于齿顶；,不计径向分力产生的压应力；,用30切线法确定危险截面。,三、齿根弯曲疲劳强度计算,计入齿根的应力集中,考虑单对齿的啮合点位置,三、,齿根弯曲疲劳强度计算,开式齿轮m增大1015%；不小于1.5,1. 应力、许用应力、强度的关系,两齿轮弯曲应力是否相同,？,许用,应力呢,？,2.齿轮弯曲强度比较,小节,11-6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算-例题,齿轮传动设计时，首先按主要失效形式进行强度计算：软齿面计算接触强度设计；硬齿面计算弯曲强度；开式齿轮容易磨损而不易点蚀。,例题：一两级直齿圆柱齿轮减速器用电动机驱动，单向运转，载荷有中等冲击，高速级i=3.7，高速轴转速为745r/min，传动功率P=17kW，采用软齿面，试计算此高速级传动。,（1）选择材料及确定许用应力,（2）按齿面接触疲劳强度设计：假设该齿轮按8级精度制造,（,3）验算轮齿弯曲强度,（,4）验算齿轮圆周速度,11-7 斜齿圆柱齿轮传动,1,轮齿上的作用力,2,强度计算,3,例题,1 轮齿上的作用力,圆周力,径向力,轴向力,各力的方向：圆周力和径向力与直齿相同；主动轮的轴向力方向用左、右手定则判定。,斜齿轮力的方向,第7章 齿轮传动,斜齿圆柱齿轮的受力分析,（受力方向）,圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。,径向力：指向圆心。,轴向力：可用左、右手判断。,第7章 齿轮传动,受力分析,（受力方向）,圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。,径向力：指向圆心。,轴向力：可用左、右手判断。,n,n,F,r1,F,r1,F,r2,F,r2,F,t2,F,t2,F,t1,F,t1,F,a1,F,a1,F,a2,F,a1,第7章 齿轮传动,斜齿圆柱齿轮受力分析,（人字齿轮）,第7章 齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动的受力分析,（螺旋角选择）,n,2 强度计算,按轮齿的法面进行分析。,1）接触应力与强度条件为：,2）弯曲应力与强度条件为：,3 例题,例题：一两级斜齿圆柱齿轮减速器传动功率P=40kW，高速级i=3.7，高速轴转速为1470r/min，电动机驱动，双向运转，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，试计算此高速级传动。,（1）选择材料及确定许用应力,（3）验算齿面接触疲劳强度,（2）验算轮齿弯曲强度设计计算：假设该齿轮按8级精度制造,（4）验算齿轮圆周速度,11-8 直齿圆锥齿轮传动,1,轮齿上的作用力,2,强度计算,1 轮齿上的作用力,圆周力,径向力,轴向力,各力的方向：圆周力和径向力与直齿相同；轴向力方向对两齿轮均背着锥顶。,d,m1,为小齿轮齿宽中点的分度圆直径,圆锥齿轮力的方向,2 强度计算-1,轴夹角为90,0,的一对钢制直齿圆锥齿轮的齿面接触强度验算公式：,取齿宽与外锥距之比为齿宽系数 ，则有设计公式：,Re为外锥距，可确定大端端面模数：,2 强度计算-2,钢制直齿圆锥齿轮的齿根弯曲接触强度验算公式：,钢制直齿圆锥齿轮的齿根弯曲接触强度设计公式：,则大端模数m,e,为：,11-9 齿轮的构造-1,齿轮轴,齿轮轴：直径很小的齿轮，将齿轮与轴制成一体。,圆柱齿轮的齿根圆至键槽底部的距离（22.5）m时,11-9 齿轮的构造-2,实心结构、腹板式结构,Da=200500mm可采用腹板式结构,锻造。为减轻重量，在腹板上制圆孔,Da200mm时,可做成实心结构,采用锻钢制造,11-9 齿轮的构造-3,轮辐式结构,da500mm可采用轮辐式结构，铸钢或铸铁制造,11-9 齿轮的构造-4,圆锥齿轮,腹板式锻造圆锥齿轮,11-9 齿轮的构造-5,圆锥齿轮,带加强筋的腹板式铸造圆锥齿轮,11-10 齿轮传动的润滑和效率-1,开式齿轮：采用人工定期加油润滑；,闭式齿轮：润滑方式根据齿轮的圆周速度决定,油池润滑：v12m/s,11-10 齿轮传动的润滑和效率-2,油池润滑：v12m/s时，不宜采用油池润滑，因为：,1） 圆周速度过高，油被甩出；2）搅油过于激烈，油温升高，润滑性能降低；3） 把油箱底的杂质搅起，加速齿轮的磨损,最好采用喷油润滑,11-10 齿轮传动的润滑和效率-4,齿轮传动的功率损耗主要包括：1） 啮合中的摩擦损耗；2）搅动润滑油的油阻损耗；3）轴承中的摩擦损耗。采用滚动轴承的齿轮传动的效率见下表：,传动装置,6级或7级精度的闭式传动,8级精度的闭式传动,开式传动,圆柱齿轮,0.98,0.97,0.95,圆锥齿轮,0.97,0.96,0.93,齿轮传动的平均效率,1,、一单级圆柱齿轮减速器由电动机驱动，电动机输入功率,P,1,7.5kw,，转速,n,1,=1450r/min,，齿轮齿数,Z,1,=20,，,Z,2,=50,；减速器的效率,=0.95,。,试求：减速器输出轴的功率,P,和转矩,T,2,。,已知斜齿轮传动z,1,=21、z,2,=50,，模数,m,n,=2,，安装中心距a=72mm，求：斜齿轮的螺旋角，小齿轮的分度圆直径,d,1,，齿顶圆直径,d,a1,，当量齿数,z,v1,。,1,、已知图示斜齿轮为从动轮，轴向力方向及转向如图所示。（,1,）、试在图上给定受力点处画出齿轮各方向所受的分力；（,2,）、在图上标出齿轮的螺旋方向；（,3,）、若,Z,2,= 30,，当量齿数,Z,V2,= 33.2,，求螺旋角,。（,12,分）,n,2,F,t2,F,t2,F,a2,F,r2,F,r2,作业,11-3,11-7,11-15,11-16,复习,11-9,轮齿的失效形式及设计准则,11-11,直齿圆柱齿轮传动强度计算,1、,受力分析和计算载荷,2、,齿面接触强度计算,（,注意点,）,3、,轮齿弯曲强度计算,（,小节,）,11-12,斜齿轮受力分析,（受力方向）,题11.29,F,r2,F,r2,F,r1,F,r1,F,t1,F,t1,F,t2,F,t2,F,a2,F,a2,F,a1,F,a1,1,2,