鑄造工藝齒輪傳動

1、第七章 齒輪傳動 7-1 概述 7-2 齒輪傳動的失效形式及設計準則 7-3 齒輪的材料及其選擇 7-4 圓柱齒輪傳動的計算載荷 7-5 直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸疲勞強度計算 7-6 直齒圓柱齒輪傳動的齒根彎曲疲勞強度計算 7-8 斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 7-9 直齒錐齒輪傳動 7-11 齒輪的結構 7-10 齒輪傳動的效率與潤滑 7-7 直齒圓柱齒輪傳動的靜強度計算 10-1概述1 一、齒輪傳動的特點、類型和基本問題 3）效率高； 4）結構緊湊； 1）工作可靠，壽命長； 2）傳動比恒定； 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，其應用范圍十分廣泛。 7-1 概 述 1. 特點： 5）適用

2、性廣。 可達99，在常用的機械傳動中，其效率最高。 在相同條件下，齒輪傳動所需的空間一般較小。 這也是齒輪傳動獲得廣泛應用的原因之一。 優(yōu)點 缺點 1）制造及安裝精度要求高； 2）成本高。 2. 類型 按軸的布置分 平行軸齒輪傳動 相交軸齒輪傳動 交錯軸齒輪傳動 （錐齒輪） （圓柱齒輪） 概述2 各類齒輪圖片 按齒向分： 直齒輪傳動 斜齒輪傳動 人字齒輪傳動 按工作條件分： 閉式傳動 開式傳動 軟齒面齒輪（齒面硬度350HBS布氏硬度 ） 硬齒面齒輪（齒面硬度350HBS） 按齒面硬度分： 按齒廓分： 漸開線齒輪 擺線齒輪 圓弧齒輪 3. 基本問題： 1）傳動平穩(wěn)：即要求瞬時傳動比i恒定。 2

3、）足夠的承載能力：即要求在預期的使用期限內不失效。 二、齒輪傳動的主要參數(shù) 1）模數(shù) m 標準系列見表71。 2）傳動比 i 和齒數(shù)比 u 主 從 主 從 從 主 d d z z n n i 概 述 概述3 1 b 1 1 2 z z u齒數(shù)比： 注：1 為小輪，2為大輪。 減速傳動：i = u 增速傳動： u i 1 3）中心距 a 4）齒寬 b 和齒寬系數(shù) a b a 或 1 d b d 齒寬系數(shù)： 1 db d 齒寬：或 ab a bb 2 大輪齒寬： 小輪齒寬：mm105( 21 ） bb 2 b （應圓整） 概 述 概述4 三、齒輪的精度等級 國標中對圓柱齒輪和錐齒輪都規(guī)定了十二個精

4、度等級，常用 5 9 級。 根據(jù)傳動的用途、使用條件和齒輪的圓周速度等選擇精度等級。 齒輪精度分為： 第一公差組：控制運動的準確性。 第二公差組：控制傳動的平穩(wěn)性。 第三公差組：控制載荷分布的均勻性。 應遵循 “ 需要可能 ” 的原則。 概 述 例如： 877 HK 選擇精度等級 齒厚偏差代號 10-2齒輪傳動的失效形式及設計準則 7-2 齒輪傳動的失效形式及設計準則 一、失效形式 輪齒折斷 齒面點蝕 齒面膠合 齒輪傳動的失效主要是輪齒的失效，常見的失效形式有： 分為： 疲勞折斷 過載折斷：屬于靜強度破壞。 多發(fā)生在輪齒的節(jié)線附近靠近齒根的一側。 是在重載條件下產生的粘著磨損現(xiàn)象。 齒面磨粒磨

5、損使輪齒變薄，最后導致輪齒折斷。 塑性變形是重載軟齒面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流動。 冷膠和 熱膠合 分為 注：由于磨損的比點蝕的形成快，故開式傳動中見不到點蝕現(xiàn)象。 普通閉式傳動的主要失效形式為：輪齒的疲勞折斷和點蝕 普通開式傳動的主要失效形式為：輪齒的疲勞折斷和磨粒磨損 設計準則 對一般工況下的普通齒輪傳動，其設計準則為： 為防止輪齒的疲勞折斷，需計算齒根彎曲疲勞強度。 為防止齒面點蝕，需計算齒面接觸疲勞強度。 注：對高速重載傳動，還應按齒面抗膠合能力進行計算。 二、設計準則 1）閉式傳動 硬齒面：按齒根彎曲疲勞強度進行設計計算（確定齒輪的 參數(shù)和尺寸），然后校核齒面接觸疲勞強度 軟

6、齒面：按齒面接觸疲勞強度進行設計計算（確定齒輪的 參數(shù)和尺寸），然后校核齒根彎曲疲勞強度。 2）開式傳動：只計算齒根彎曲疲勞強度，適當加大模數(shù)（預留磨損量）。 齒輪傳動的失效形式及設計準則 10-3 齒輪的材料及其選 擇 7-3 齒輪的材料及其選擇 對齒輪材料性能的要求：齒面硬、芯部韌。 一、常用的齒輪材料 鋼： 鑄鐵：用于低速、輕載、不太重要的場合； 非金屬材料：如尼龍、塑料等。適用于高速、輕載、且要求降低噪 音的場合。 常用材料 碳鋼 合金鋼 最常用 二、常用的熱處理方法 齒輪的毛坯： 鍛造 鑄造：適用于形狀復雜、尺寸大的齒輪。 ：適用于中、小尺寸的齒輪。 調質、正火：得軟齒面，強度低，工

7、藝簡單。 齒輪的材料及其選擇 原則2 三、齒輪材料選用的基本原則 q齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強度、壽命、可靠性、經濟性等； q應考慮齒輪的尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝； 鋼制軟齒面齒輪，小輪的齒面硬度應比大齒輪高2050HBS 。 硬齒面齒輪傳動，兩輪的齒面硬度可大致相同，或小輪硬度略高。 整體淬火、表面淬火、滲碳淬火、滲氮等： 得硬齒面，強度高。 淬火后需磨齒，工藝復雜。 適用于中碳鋼 適用于低碳鋼 不需磨齒 齒輪的材料及其選擇 10-4 圓柱齒輪的載荷 計算 一、輪齒的受力分析 1 1 t 2 d T F tan tr FF 嚙合傳動中，直輪齒的受力分析 切向力： 徑

8、向力： cos t n F F 法向力： 1 T 為小輪的名義轉矩（Nmm）。 式中： 為小輪的分度圓直徑（mm）。 1 d 主動輪 的方向與其轉向相反； t F 從動輪 的方向與其轉向相同。 t F 徑向力 Fr 的方向指向各自的輪心（外齒輪）。 1. 直齒圓柱齒輪 （718） 7-4 圓柱齒輪傳動的載荷計算 用集中作用于分度圓上齒寬中點處的法向 力 代替輪齒所受的分布力，將 分解，得： n F n F 1 主動 2 圓柱齒輪的載荷計算2 1t F 2t F 1x F 2x F 2r F 1r F 1 主動 2 1x F 1 主動 2 1x F 練 習 嚙合傳動中，輪齒的受力分析 2. 斜齒

9、圓柱齒輪 將 Fn 分解 1 1 t 2 d T F cos tan tr n FF 切向力： 徑向力： tan xt FF 軸向力： （727） 斜齒輪受力 軸向力Fx的方向：用“主動輪左右手法則”判斷。 二級受力分析 計算載荷1 HAH KKKKK FAF KKKKK K 為載荷系數(shù)， 上述Fn 為輪齒所受的名義法向力。實際傳動中由于原動機、工作機性 能的影響以及制造誤差的影響，載荷會有所增大。 計算載荷為： n KFF nc 式中：KA 使用系數(shù)： 動載系數(shù)： K 齒向載荷分布系數(shù)：是考慮載荷沿齒寬方向分布不均的系數(shù)。 計算彎曲應力時： 計算接觸應力時： 是考慮外部附加動載荷的系數(shù)。 K

10、 是考慮內部附加動載荷的系數(shù)。 修緣齒可以減小內部附加動載荷。 鼓形齒改善載荷沿齒寬分布不均的現(xiàn)象。 齒輪遠離轉矩輸入（輸出）端，可改善偏載現(xiàn)象。 圓柱齒輪傳動的載荷計算 計算載荷2 齒間載荷分配系數(shù)：是考慮載荷在同時嚙合的齒對之間分配 不均的系數(shù)。 H K F K、 圓柱齒輪傳動的載荷計算 輪齒變形傾斜 1 主動 2 T T 10-5直齒輪接觸強度計 算1 H H 一、計算公式一、計算公式 基本公式： 赫茲公式， 式(227)。 接觸應力的計算點： 節(jié)點 設計式： 2 3 H HE d 1 1 ) ( 12 ZZZ u uTK d H 詳細說明 式中：u齒數(shù)比； ZE 彈性系數(shù)； ZH 節(jié)點

11、區(qū)域系數(shù)。 力學模型： 將一對輪齒的嚙合簡化為 兩個圓柱體接觸的模型。 目的：防止“點蝕”。 強度條件： 校核式： u u bd TK ZZZ H 12 2 1 1 HEH H 1 O 2 O C N2 N1 H H 7-5 直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸疲勞強度計算 3）影響接觸強度的尺寸是：d（ 或 a ）和 b，而與模數(shù) m 無關 。 KN壽命系數(shù)，是考慮應力循環(huán)次數(shù) N 對疲勞極限影響的系數(shù)， 直齒輪接觸強度計算2 Z 3 4 Z 重合度系數(shù)， 注意：1）“”用于外嚙合；“”用于內嚙合。 2） ，應按 較小者計算接觸強度。 21HH H 二、許用接觸應力 H NH S Z lim H Hl

12、im 齒輪的接觸疲勞極限 SH安全系數(shù)。 Hlim 線圖 4）采用正變位、斜齒輪可提高齒輪的強度。 直齒圓柱齒輪接觸疲勞強度計算 直齒輪接觸強度計算3 三、主要參數(shù)的選擇 2齒數(shù)的選擇 當d1已按接觸疲勞強度確定時， z1 m 重合度 傳動平穩(wěn) 抗彎曲疲勞強度降低 齒高h 減小切削量、減小滑動率 因此，在保證彎曲疲勞強度的前提下，齒數(shù)多一些好！ 閉式軟齒面: z1 = 20 40 閉式硬齒面和開式傳動: z1 = 17 20 1齒寬系數(shù) d d 齒寬 b 有利于提高強度，但 d 過大將導致 K 見表74。 直齒圓柱齒輪接觸疲勞強度計算 10-6直齒輪彎曲強度計算1 7-5 直齒圓柱齒輪傳動的齒

13、根彎曲疲勞強度計算 二、計算公式 Ysa應力修正系數(shù) Fa F F Y mbd TK 1 1 2 式中：YFa齒形系數(shù)。只與齒形有關，而 與模數(shù)m無關 YFa與Ysa 表 目的：目的：防止疲勞斷齒。防止疲勞斷齒。 強度條件：強度條件： F F 將輪齒簡化為懸臂梁。 按30切線法確定齒根危險截面。 按在齒頂嚙合計算齒根應力。 sa Y Y F 校核式： F 30 30 Fn F1 F2 s l 危險截面危險截面 c F Y 重合度系數(shù)。 直齒輪彎曲強度計算2 引入齒寬系數(shù) 和 d1= m z1，可得 1 d b d 3 2 F 2 1 1 YYY z TK m saFa d F 設計式： 2）影

14、響齒根彎曲強度的尺寸是： m 和 b 。 3）采用正變位、斜齒輪可提高齒輪的強度。 注意： 1） ，應按 較小者計算齒根彎曲強度。 21FF SaFa F YY 4）動力傳動，一般 m1.52mm。 直齒圓柱齒輪的齒根彎曲疲勞強度 直齒輪彎曲強度計算3 二、許用彎曲應力 F F xNF F S YY lim 2 Flim 齒輪的齒根彎曲疲勞極限。 SF安全系數(shù)。 。 Flim 線圖 YN壽命系數(shù)，是考慮應力循環(huán)次數(shù) N 對疲勞極限影響的系數(shù)， 輪齒雙向彎曲時，圖中Flim值需乘以0.7。 Yx尺寸系數(shù)。 直齒圓柱齒輪的齒根彎曲疲勞強度 10-8斜齒圓柱齒輪強度計算4 cosZ 一、齒面接觸疲勞

15、強度計算 用螺旋角系數(shù) Z 計入輪齒傾斜使齒面接觸應力減小的影響，對直齒輪 的接觸強度公式進行修正，得斜齒輪的強度計算公式： 式中：螺旋角系數(shù) ： 重合度系數(shù) Z ： 校核式： u u bd TK ZZZZ H HE 12 2 1 1 H H 設計式： 3 2 H 1 1 12 Z ZZZ u uTK d HE d H 1時， )1 ( 3 4 Z 1時， 1 Z 端面重合度 ， 縱向重合度 。 7-8 斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 見式 標準斜齒圓柱齒輪強度計算3 二、齒根彎曲疲勞強度計算 通常按斜齒輪的當量直齒輪計算其齒根彎曲疲勞強度，并引入螺旋角 系數(shù)Y 計入輪齒傾斜的影響，得： 設計式：

16、 3 F 2 1 2 1 n cos2 YYYY z YTK m SaFa d F 標準斜齒圓柱齒輪強度計算 式中：YFa按當量齒數(shù) 。 Y螺旋角系數(shù)。 輪齒受載及折斷 校核式： YYYY mbd TK saFa F F n1 1 2 F 3 cos z z YSa按當量齒數(shù) 。 z Y重合度系數(shù)，按計算。 強度公式中其他參數(shù)與直齒圓柱齒輪完全相同。 10-10錐齒輪傳動 軸交角為90的直齒錐齒輪傳動： 7-9 直齒錐齒輪傳動 一、主要參數(shù)和尺寸 直齒錐齒輪的大端參數(shù)為標準值。 直齒錐齒輪傳動的幾何參數(shù) 21 1 2 1 2 tancot d d z z u 2 1 22 2 1 2 2 2

17、1 u d dd R R b R bR d d d d 5 . 01 5 . 0 2 2m 1 1m )5 . 01 ()5 . 01 ( RmRm mmdd以及則有： 令 R = b/R齒寬系數(shù)，設計中常取R =0.250.35。 齒數(shù)比： 錐距： b 2/b C t 錐齒輪傳動2 二、輪齒的受力分析 用集中作用于齒寬中點處的法向力 Fn 代替輪齒所受的分布力。 將 Fn分解為：切向力Ft，徑向力Fr和軸向力Fx。 cos 2 cos 1m 1t n d TF F 軸向力Fx的方向總是由錐齒輪的小端指向大端。 錐齒輪的受力分析 211 costan xtr FFF 2r11 sintanFF

18、F tx tt F d T F 1m 1 2 直齒錐齒輪傳動 錐齒輪傳動3 三、齒面接觸疲勞強度計算 按齒寬中點處的當量圓柱齒輪計算直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強度。 H 3 1 2 1 5 . 01 71. 4 ud KT ZZ RR HEH 校核式： 忽略重合度的影響。 3 2 1 2 H 1 5 . 01 71. 4 )( u KTZZ d RR HE 設計式： 式中：載荷系數(shù) KKKK A 強度公式中其他參數(shù)與直齒圓柱齒輪完全相同。 直齒錐齒輪傳動 錐齒輪傳動4 四、齒根彎曲疲勞強度計算 F 23 2 1 2 R 1 15 . 01 71. 4 saFa R F YY umz KT 校核式： 3 F 22 1 2 1 15 . 01 71. 4 SaFa RR YY uz KT m 設計式： 式中：YFa按當量齒數(shù) 。 cos z z YSa按當量齒數(shù) 。 z 直齒錐齒輪傳動 齒輪傳動的效率與潤滑 7-10 齒輪傳動的效率與潤滑 潤滑的目的：減小摩擦、減小磨損，還有散熱和防銹蝕作用。 二、齒輪傳動的潤滑方式 開式及半開式齒輪傳動：采用人工定期加油潤滑。 詳細介