1、1,齿轮传动,第11章,2,11-1概述 齿轮传动的特点:功率、速度范围广效率高; 结构紧凑;工作寿命长; 传动比准确,开式传动:润滑差,常用于低精度、低速传动;闭式传动:齿轮置于封闭严密的箱体内,精度高。润滑及防护条件好。,3,11-2圆柱齿轮传动的基本参数、精度选择,主要参数:模数、齿数、传动比、 齿数比、中心距、变位系数。,4,齿轮精度(1级),766 G M GB1009588,齿厚下偏差,第公差组精度(平稳性精度),第公差组精度(接触精度),齿厚上偏差,第公差组精度(运动精度),5,11.3齿轮传动的失效方式、材料及热处理 一。失效形式,1.轮齿折断 齿根弯曲应力大; 齿根应力集中,
2、措施: 增大齿根圆角半径; 正变位,增大模数; 强化处理:喷丸、滚压处理;,6,.轮齿折断,7,2.齿面点蚀,措施: 提高材料的硬度; 加强润滑,提高油的粘度,轮齿在节圆附近一对齿受力 载荷大;滑动速度低形成油膜条件差; 接触疲劳产生的 小裂纹-扩展-脱落-凹坑 。,8,3.齿面磨粒磨损,磨损也是一种常见的失效形式,砂粒、金属屑,9,磨损,10,4.齿面胶合 高速重载;散热不良; 滑动速度大; 齿面粘连后撕脱,措施: 减小模数,降低齿高; 抗胶合能力强的润滑油; 材料的硬度及配对,11,.齿面胶合,12,5.齿面塑性变形,措施:材料的选择及硬度,13,磨损、塑性变形,14,弯曲折断,点蚀,胶合
3、,磨损,塑性变形,齿轮的失效形式,现象与原因? 改进措施?,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,15,11.4齿轮的材料及热处理 一.对齿轮材料的基本要求:齿面要硬,齿芯要韧。,经济性: 毛坯选择 工艺要求:热处理方式 硬度选择:*软齿面硬度350HBS;*软齿面齿轮HBS1-HBS23050* 避免胶合的合适配对:软软;软硬;软铁;硬硬。,16,二.常用齿轮材料钢 45 、 40Cr、20CrMnTi铸钢 ZG310-570铸铁 HT300、QT500-7有色金属: 铜合金、铝合金非金属:夹布塑胶、尼龙,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
4、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,17,11.5圆柱齿轮的计算载荷 名义载荷:,18,轮齿的受力分析,Ft,Fr,19,考虑齿以外的其他因素对齿轮传动的影响, 主要考虑原动机和工作机的影响,20,制造和安装误差,法节不相等,瞬时传动比不准确,产生角加速度齿轮修缘,21,齿轮精度、速度,精度等级,22,鼓形,轮齿载荷沿接触线分布不均匀 轴上位置; 轴及支承刚度; 制造和安装精度。,23,两对以上齿轮啮合时,载荷分配不均表面硬度:硬度愈高,载荷分配愈不均精度等级: 精度低,载荷分配不均严重
5、,24,11.5直齿圆柱齿轮的强度计算 设计准则,闭式传动:按保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行计算。,开式传动:按保证齿根弯曲疲劳强度进行计算,考虑磨损的影响适当增大模数。(1015%),必要时进行:散热能力计算;抗胶合能力计算,25,一。轮齿的受力分析,Ft,Fr,26,二。直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算计算齿轮节点处的接触应力由式(2-41):,27,ZE弹性系数表; ZH节点区域系数 Ze重合度系数 u齿数比 u2 / u1,28,四。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。,29,计入齿根的应力集
6、中 考虑单对齿的啮合点位置,30,开式齿轮m增大1015%;不小于1.5,31,直齿圆柱齿轮传动的强度计算 小结,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,32,3.两轮接触强度比较,由于一对齿轮齿面接触面积相等,接触点的应力是大小相等方向相反的作用力与反作用力,故一对啮合齿轮的接触应力是相等的,但通常情况下大小齿轮的许用接触应力不相等。,33,模数的单位:mm,它是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮,模数大,尺寸也大。,34,11.6齿轮传动的参数选择和许用应力 一。设计参数的选择 1.齿数比u 压力角a,压力角 齿厚 曲率半径,弯
7、曲强度 接触强度,2.小轮齿数z1(d不变,即中心距a为定值)z1 重叠系数大,传动平稳;模数小,节约材料及加工量;但抗弯曲差;齿高减小,降低VS,抗胶合能力强。,开式传动 :z1 =1720;闭式传动:z1 =2040,35,3.齿宽系数齿愈宽,直径和中心距小但载荷分布不均,4.变位系数避免根切; 凑中心距、凑传动比; 提高强度,36,二。齿轮传动许用应力,37,一般取中间MQ偏下值;对称循环弯曲应力取70%。,38,分析中间齿轮接触应力和弯曲应力的特点?,39,11.7斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 特点:齿逐渐进入啮合,传动平稳;接触线较长,承载能力高. 几何尺寸: ?,40,一。 斜齿圆柱
8、齿轮的 受力分析,41,(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。,42,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,43,(人字齿轮),44,(螺旋角选择),n,45,二。斜齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算与直齿轮相比,其特点: 总合力作用于法平面内 ; 重合度大;接触线是倾斜的、变化的; 螺旋角对疲劳强度有利;,46,47,考虑接触线倾斜对齿根受力的有利影响,引入螺旋角系数Y,YFa Ysa按当量齿数zv,查图; Y 根据螺旋角,查图,三。齿根弯曲疲劳强度 按法面当量直齿圆柱齿轮来
9、计算,48,讨论:,接触线长度,承载能力,传动平稳性,Fa,轴承负荷,Fa,轴承设计复杂,支承尺寸,加工困难,斜齿轮优点不能发挥, 一般取,49,例题:设计带式输送机减速器的高速级斜齿轮传动。 已知:P1=40kW, n1=960r/min, u=3.2, 寿命15年,两班制、 平稳、单向。,50,解:1.选精度等级、材料及齿数采用硬齿面,大、小齿轮均用40Cr调质及表面淬火,齿面硬4855HRc; 取z1=24,z2=uz1=77;i3.2初选=14;7级精度;,2.按齿面接触强度设计,51,52,3.按齿面弯曲强度设计,53,。,分析计算结果,4.几何尺寸 计算,.必要时须进行修正(本题未
10、作修正),54,11-8直齿圆锥齿轮的强度计算圆锥齿轮传动的特点,传递交叉轴的运动,常用=90; 速比i;vm/s; 制造安装精度较低; 小轮常悬臂安装,刚度低。,55,1、传递相交轴间的运动和动力,常用,例如:,2、齿廓为球面渐开线,球面无法展成平面,发动机,56,3、模数是变化的,由大端小端:m由大变小,即齿厚不等收缩齿;,承载能力、轮齿刚度:大端大、小端小;,近似认为:载荷集中作用于齿宽中点;,几何计算时:大端m为标准值(易测量)。,4、制造精度不高,加工较困难(v不宜过高),尺寸加工难度,5、安装要求,大、小齿轮锥顶应交于一点,否则对应的m不等, 不能正确啮合影响强度和传动能力。,靠调
11、整轴承处垫片来保证。,一般将锥齿轮置于圆柱齿轮之前。,57,一。直齿圆锥齿轮 几何计算,58,59,二。直齿锥齿轮受力分析,60,61,练习:,转向:同时指向或同时背离啮合点,Fr:指向各自轮心,Fa:小端指向大端,62,一。直齿锥齿轮强度计算1.齿面接触疲劳强度计算,63,2.齿根弯曲疲劳强度计算,64,直齿圆锥齿轮的载荷系数,使用系数,动载系数,齿间,齿向,65,(1) 根据工作条件、材料等分析轮齿可能失效形式,装置型式:,开式 闭式 半开式,工作情况:,低速 高速 重载 轻载,材料:,硬齿面:硬度350HBS 软齿面:硬度350HBS,(2) 建立相应的强度计算式,(3) 合理选择有关参
12、数进行计算,确定d 或 m,(4) 考虑其它可能产生的失效形式,进行强度校核,(5) 几何尺寸计算及结构设计,齿轮传动强度设计步骤,66,10-9 变位齿轮的强度计算概述,变位齿轮传动的受力分析和强度计算的原理和标准齿轮传动一样。,2. 齿根弯曲疲劳强度强度:,变位齿轮的轮齿齿形有变化,因此轮齿弯曲强度计算公式中的齿形系数 和应力修正系数 也随之变化,但进行弯曲强度计算时,仍用标准齿轮传动的公式。,查有关齿轮国标,对正变位齿轮,X,齿根厚度,3. 齿面接触疲劳强度,高度变位时,轮齿的接触强度不变,因此齿面接触 强度计算公式中仍用标准齿轮传动的公式。,67,角度高度变位( )齿轮传动时,轮齿的接
13、触强度的变化用区域系数来体现:,角度高度变位的直齿圆柱齿轮传动的区域系数为:,角度高度变位的斜齿圆柱齿轮传动的区域系数为:,查有关齿轮国标,对正传动:,4.有利于提高齿轮强度的变位系数推荐值见P227表10-10。,5.锥齿轮一般不作角度变位,为使大小齿轮传动的弯曲强度接近,可采用切向变位。,68,11-10齿轮的结构设计,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,11-11齿轮传动的润滑,一、效率,闭式:,79,二、润滑,搅油损失,:浸油,:喷油,搅起油池底部杂质加速磨损,80,1.浸油深度不能太高,一般一个齿高r/3,否则搅油损失大。,2.油面距箱体底面距离:3050mm,81,解:,1.由齿面接触强度求 :,82,2.由齿根弯曲强度求 :,由表10-5查得:,大齿轮所能传递的扭矩,83,例:圆柱齿轮的受力分析,齿轮1、2:,齿轮3:,齿轮4:,84,END,