精密机械设计齿轮机构及其设计课件

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,*,精密机械设计齿轮机构及其设计,*,精密机械设计-齿轮机构及其设计,2024/11/17,精密机械设计齿轮机构及其设计,精密机械设计-齿轮机构及其设计2023/10/9精密机械设计,1,内 容 提 示,齿轮传动的失效形式及设计准则,齿轮材料及其热处理工艺,直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析,齿面接触疲劳强度计算,齿根弯曲疲劳强度计算,精密机械设计齿轮机构及其设计,内 容 提 示齿轮传动的失效形式及设计准则精密机,2,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则,齿轮传动的失效形式,1、轮齿折断,齿轮传动的失效主要发生在轮齿部分，其常见失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和塑性变形等五种,轮齿在工作过程中，齿根部受较大的交变弯曲应力，并且齿根圆角及切削刀痕产生应力集中。当齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限时，轮齿在受拉一侧将产生疲劳裂纹，随着裂纹的逐渐扩展，导致轮齿疲劳折断。,局部折断和整体折断,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式1、,3,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则,d一定时，z，m，增加齿厚，提高抗弯强度；增大齿根过渡圆角半径；提高齿轮制造精度和安装精度；采用表面强化处理（如喷丸、碾压）等；都可以提高轮齿的抗折断能力。,措施:,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则d一定时，z，m，,4,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则,2、齿面点蚀,齿面接触疲劳磨损,齿轮工作时，在循环变化的接触应力、齿面摩擦力及润滑剂的反复作用下，轮齿表面或次表层出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，导致齿面金属剥落形成麻点状凹坑。,齿面疲劳点蚀首先出现在齿面节线偏齿根侧。这是因为节线附近齿面相对滑动速度小，油膜不宜形成，摩擦力较大；且节线处同时参与啮合的轮齿对数少，接触应力大。点蚀的发展，会产生振动和噪声，以至不能正常工作而失效。,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则2、齿面点蚀 齿面接,5,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则,提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，合理选择润滑油的粘度及采用正变位齿轮传动等,点蚀实例,措施:,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则提高齿面硬度，降低齿面,6,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则,3、齿面磨损,由于粗糙齿面的摩擦或有砂粒、金属屑等磨料落入齿面之间，都会引起齿面磨损。磨损引起齿廓变形和齿厚减薄，产生振动和噪声，甚至因轮齿过薄而断裂失效。,磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。采用闭式齿轮传动，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，注意保持润滑油清洁等，都有利于减轻齿面磨损,措施:,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则3、齿面磨损,7,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则,4、齿面胶合,高速重载齿轮传动，因齿面间压力大、相对滑动速度大，在啮合处摩擦发热多，产生瞬间高温，使油膜破裂，造成齿面金属直接接触并相互粘着，而后随齿面相对运动，又将粘接金属撕落，使齿面形成条状沟痕，产生,齿面热胶合,。低速重载齿轮传动（v4m/s），由于啮合处局部压力很高齿，使油膜破裂而粘着，产生,齿面冷胶合,。齿面胶合会引起振动和噪声，导致失效。,采用正变位齿轮、减小模数及降低齿高以减小滑动速度，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，采用抗胶合能力强的齿轮材料，在润滑油中加入极压添加剂,措施:,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则4、齿面胶合,8,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则,5、齿面塑性变形,用较软齿面材料制造的齿轮，在承受重载的传动中，由于摩擦力的作用，齿面表层材料沿摩擦力的方向发生塑性变形。主动轮齿面节线处产生凹坑，从动轮齿面节线处产生凸起。提高齿面硬度和润滑油粘度，可以减轻或防止齿面塑性变形的产生。,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则5、齿面塑性变形 用较,9,设计准则,8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则,设计齿轮传动时，应根据实际工况条件，分析主要失效形式，确定相应的设计准则，进行设计计算。,对于闭式齿轮传动，主要失效形式是齿面疲劳点蚀、弯曲疲劳折断及胶合。目前一般齿轮传动，只按,齿面接触疲劳强度,和,齿根弯曲疲劳强度,两准则进行设计计算。对于高速大功率的齿轮传动，还应按齿面抗胶合能力的准则进行计算。,开式齿轮传动的主要失效形式是磨损及弯曲疲劳折断，目前对磨损尚无成熟的设计计算方法，故通常按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，并将模数增大10%-20%，以考虑磨损的影响。,精密机械设计齿轮机构及其设计,设计准则 8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 设计,10,8-2 齿轮材料及其热处理工艺,齿轮材料对齿轮的承载能力和结构尺寸影响很大，合理选择齿轮材料是设计重要内容之一。选择齿轮材料应考虑如下要求：齿面应有足够的硬度，保证齿面抗点蚀、抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力；轮齿芯部应有足够的强度和韧性，保证齿根抗弯曲能力；此外，还应具有良好的机械加工和热处理工艺性；以及经济性等要求。,齿轮材料的选择要求,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-2 齿轮材料及其热处理工艺 齿轮材料对齿轮的承载,11,8-2 齿轮材料及其热处理工艺,制造齿轮材料以锻钢（包括轧制钢材）为主，其次是铸钢、铸铁，还有有色金属和非金属材料等。,常用齿轮材料及热处理,钢制软齿面齿轮要求小齿轮硬度大于大齿轮30-50 HBS,原因：1）小齿轮齿根强度较弱,2）小齿轮的应力循环次数较多,3)当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的接触疲劳强度,齿轮材料的选择原则,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-2 齿轮材料及其热处理工艺制造齿轮材料以锻钢（包括轧制,12,8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析,轮齿的受力分析,转矩T,1,由主动齿轮传给从动齿轮。忽略齿面间的摩擦力，轮齿间法向力F,n,的方向始终沿啮合线。法向力F,n,在节点处可分解为两个相互垂直的分力：切于分度圆的圆周力F,t,和沿半径方向的径向力F,r,。,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析轮齿的受力分析,13,8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析,计算载荷和载荷系数,名义载荷,F,n,是用齿轮传递的名义转矩求得的载荷,计算载荷,由于载荷沿接触线不是均匀分布的，在某些地方大于、某些地方小于名义载荷，造成所谓载荷集中。常用载荷集中系数表示。由于齿轮制造不精确，致使转动不平稳，引起附加的动载荷，常用动载荷系数表示其影响。在计算齿轮传动的强度时，用载荷系数对名义载荷进行修正，名义载荷与载荷系数的乘积称为计算载荷。,K,v,-动载荷系数,K,-载荷集中系数,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析计算载荷和载荷系,14,8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析,动载荷系数K,v,考虑齿轮副自身啮合误差引起的内部附加动载荷的影响系数。,齿轮制造产生的基节误差和齿形误差；,在啮合传动中，同时参加啮合轮齿的对数及位置在循环变化，轮齿啮合刚度也随之变化；,轮齿受载变形；,齿轮支承件的弹性变形等,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析动载荷系数Kv,15,8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析,载荷集中系数K,考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对齿轮强度影响的系数,主要是由于齿轮的制造和安装误差；轮齿、轴系部件和箱体的变形；齿宽及齿面硬度等,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析载荷集中系数K,16,8-4 齿面接触疲劳强度计算,赫兹公式,接触应力,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-4 齿面接触疲劳强度计算赫兹公式接触应力精密机械设计齿,17,8-4 齿面接触疲劳强度计算,接触疲劳强度的校核公式,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-4 齿面接触疲劳强度计算接触疲劳强度的校核公式 精密机,18,8-4 齿面接触疲劳强度计算,接触疲劳强度的设计公式,其中,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-4 齿面接触疲劳强度计算接触疲劳强度的设计公式 其中精,19,8-4 齿面接触疲劳强度计算,许用接触应力,注意:,在进行齿面接触强度计算时，应代入较小的值进行计算,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-4 齿面接触疲劳强度计算许用接触应力注意:在进行齿面,20,8-5 齿根弯曲疲劳强度计算,基本假设,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-5 齿根弯曲疲劳强度计算基本假设精密机械设计齿轮机构及,21,8-5 齿根弯曲疲劳强度计算,弯曲疲劳强度的校核公式,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-5 齿根弯曲疲劳强度计算弯曲疲劳强度的校核公式 精密机,22,8-5 齿根弯曲疲劳强度计算,弯曲疲劳强度的设计公式,其中,精密机械设计齿轮机构及其设计,8-5 齿根弯曲疲劳强度计算弯曲疲劳强度的设计公式 其中精,23,演讲完毕，谢谢听讲,!,再见，see you again,3rew,2024/11/17,精密机械设计齿轮机构及其设计,演讲完毕，谢谢听讲!再见，see you again3rew,24,