機(jī)械制造與方案齒輪傳動(dòng)失效形式精度受力分析及計(jì)算載荷

1、課時(shí)授課計(jì)劃第 52 次課教學(xué)課題 】10-1 齒輪傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則 10-2 齒輪的材料及熱處理 10-3 齒輪傳動(dòng)的精度教學(xué)目的 】：掌握齒輪傳動(dòng)的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則。教學(xué)重點(diǎn)及處理方法 】：齒輪傳動(dòng)的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則 處理方法： 詳細(xì)講解教學(xué)難點(diǎn)及處理方法 】： 計(jì)算準(zhǔn)則處理方法： 比較講解教學(xué)方法 】 : 講授法教具】：三角板時(shí)間分配 】： 引入新課 5min新課 80 min 小結(jié)、作業(yè) 5min第 52 次課【 提示啟發(fā) 引出新課 】 齒輪傳動(dòng)要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且有足夠的承載能力。在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng) 時(shí)，要根據(jù)工作要求，選定齒輪材料、齒面硬度及精度等級(jí)，計(jì)算輪 齒承受的載荷與轉(zhuǎn)速的

2、大小。進(jìn)而判斷齒輪的失效形式，確定計(jì)算準(zhǔn) 則，進(jìn)行強(qiáng)度的計(jì)算，確定傳動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)?！拘抡n內(nèi)容 】10-1 齒輪傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則一 齒輪傳動(dòng)的失效形式1 輪齒折斷 機(jī)理：齒根的彎曲應(yīng)力及應(yīng)力集中，在多次的重復(fù)作用下，齒根 圓角處會(huì)產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致疲勞折斷。當(dāng)輪齒受到過(guò)載或沖擊 載荷時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)載折斷。發(fā)生部位：齒根。 防止措施：增大齒根圓角半徑，提高齒面硬度，降低表面粗糙度。2 疲勞點(diǎn)蝕 發(fā)生場(chǎng)合：潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)。 機(jī)理：齒面的交變接觸應(yīng)力 的多次的重復(fù)作用下，齒面節(jié)線(xiàn)附近 會(huì)產(chǎn)生裂紋，裂紋中的潤(rùn)滑油在壓力的作用下形成大的油壓，加速裂 紋擴(kuò)展導(dǎo)致表面貝殼狀的小片剝落。發(fā)生部位

3、：節(jié)線(xiàn)附近。防止措施：提高齒面硬度，降低表面粗糙度，增大潤(rùn)滑油粘度， 采用合理的變位。3 齒面膠合 發(fā)生場(chǎng)合：高速重載。 機(jī)理：由于齒面間的壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤(rùn)滑效果差，導(dǎo)致金 屬的直接粘連，當(dāng)齒面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘住的地方被撕破，從而在齒 面上形成大面積的傷痕。發(fā)生部位：整個(gè)齒面。 防止措施：提高齒面硬度，降低表面粗糙度，采用抗膠合能力強(qiáng) 的潤(rùn)滑油和抗膠合性能好的齒輪副材料，采用合理的變位。4 磨粒磨損 發(fā)生場(chǎng)合：開(kāi)式。 機(jī)理：由于外界的硬顆粒進(jìn)入嚙合工作面，導(dǎo)致磨粒磨損。 防止措施：采用閉式傳動(dòng)及潤(rùn)滑油的清潔和更換。5 塑性變形 發(fā)生場(chǎng)合：低速重載。機(jī)理：齒面較軟的輪齒，載荷和摩擦力有很大

4、時(shí)，在嚙合過(guò)程中， 齒面表層的材料就容易沿著摩擦力的方向產(chǎn)生塑性變形。發(fā)生部位：節(jié)線(xiàn)附近。 防止措施：提高齒面硬度，增大潤(rùn)滑油粘度。二 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式齒輪傳動(dòng)：通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。對(duì)于齒面硬度很高， 齒心強(qiáng)度較低的齒輪， 則以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。若兩輪均為硬齒面，且硬度基本相同時(shí)，可視情況而定開(kāi)式齒輪傳動(dòng)： 主要失效形式是齒面磨粒磨損和輪齒彎曲疲勞折斷， 通常只進(jìn) 行彎曲面疲勞強(qiáng)度計(jì)算。為補(bǔ)償輪齒因磨損而產(chǎn)生的影響，可考慮適當(dāng)加大模數(shù)。齒輪的輪圈、輪輻、輪轂等部位不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 10-2 齒輪的材料及熱處理一、常用的齒輪材料1、鋼1）鍛鋼 軟齒面齒輪（HBSC 35

5、0）硬齒面齒輪（HBS350（2）鑄鋼2、鑄鐵灰鑄鐵：價(jià)格低廉，鑄造性能、加工性能、減摩性能、抗點(diǎn)蝕和 抗膠合性能均較好，但抗彎強(qiáng)度、耐沖擊性和耐磨損性能較差，有自 潤(rùn)滑作用，常用于輕載、低速、工作平穩(wěn)的場(chǎng)合。球墨鑄鐵：有較高的力學(xué)性能，有時(shí)可用來(lái)替代鑄鋼。3、非金屬材料 一般用于高速、輕載的齒輪傳動(dòng)。它可以明顯降低噪聲。二、鋼及其熱處理表面淬火 ：一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，齒面硬度可達(dá)5256HRC,接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，能承受一定的沖擊載荷。滲碳淬火：一般用于低碳鋼和低碳合金鋼，齒面硬度可達(dá)56 62HRC,接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，能承受沖擊載荷。調(diào)質(zhì)：一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，齒面硬度

6、可達(dá)220260HBS，用于機(jī)械強(qiáng)度要求較高而齒面硬度要求不高的場(chǎng)合。正火：能消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能， 對(duì)機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用正火處理。滲氮：是一種化學(xué)熱處理，滲氮后不再進(jìn)行其它熱處理，齒面 硬度可達(dá)6062HRC，齒變形小，用于難于磨齒的場(chǎng)合。 10-3齒輪傳動(dòng)的精度在國(guó)標(biāo)GB10095-88和GB11365-89中，分別對(duì)圓柱齒輪和錐齒輪規(guī)定有12個(gè)精度等級(jí)，1級(jí)最高，12級(jí)最低，并根據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、 傳動(dòng)平穩(wěn)性和載荷分布均勻性的要求不同，將每個(gè)精度等級(jí)的公差分 成三組。精度等級(jí)圓周速度（v/m s-1）應(yīng)用直齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪直齒錐齒輪6高精度 15 30

7、 9高速重載下工作的齒輪7精密 10 20 6高速中載或中速重載下工作的齒輪8中等精度 5 9 3一般機(jī)械中的齒輪9低精度 3 6 2.5低速重載下工作的齒輪【小結(jié)】：齒輪傳動(dòng)的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則的選擇?！咀鳂I(yè) :預(yù)習(xí)下一節(jié)【后記】:課時(shí)授課計(jì)劃第 53 次課教學(xué)課題 】10-4 齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷教學(xué)目的 】： 掌握齒輪傳動(dòng)的 作用力及計(jì)算載荷教學(xué)重點(diǎn)及處理方法 】：齒輪傳動(dòng)的 作用力及計(jì)算載荷 處理方法： 詳細(xì)講解教學(xué)難點(diǎn)及處理方法 】： 力的方向處理方法： 分析講解教學(xué)方法 】 : 講授法教具】：三角板時(shí)間分配 】： 引入新課 5min新課 80 min 小結(jié)、作業(yè) 5min第5

8、3次課【提示啟發(fā)引出新課】齒輪傳動(dòng)要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且有足夠的承載能力。在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng) 時(shí)，要根據(jù)工作要求，選定齒輪材料、齒面硬度及精度等級(jí)，計(jì)算輪 齒承受的載荷與轉(zhuǎn)速的大小。進(jìn)而判斷齒輪的失效形式，確定計(jì)算準(zhǔn) 則，進(jìn)行強(qiáng)度的計(jì)算，確定傳動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)?！拘抡n內(nèi)容】 10-4齒輪傳動(dòng)的作用力及計(jì)算載荷一輪齒上的作用力下圖，法向力Fn可以分解成圓周力Ft和徑向力Fr圓周力Ft：di主動(dòng)輪上與線(xiàn)速度方向相反，從動(dòng)輪上與線(xiàn)速度方向相同徑向力Fr : Fr二Fttg方向指向各自的輪心因?yàn)閮升X輪的軸線(xiàn)平行，所以Fn2=-F niFr2=-F ri Ft2=-Fti式中：T1小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nmmdi小齒輪的分

9、度圓直徑（mr）a -分度圓壓力角a =20設(shè)計(jì)時(shí)，通常已知小齒輪傳遞的功率P1 （KVy及其轉(zhuǎn)速ni （r/min ）,故小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=9.55x 106P1/ni二計(jì)算載荷Fnca 二 &KaKvK： K ：（1）內(nèi)部因素引起Fn沿齒寬b載荷集中外部因素引起附加動(dòng)載荷.式中：Ka :使用系數(shù)，考慮齒輪嚙合時(shí)外部因素引起的附加動(dòng)載荷 影響的系數(shù)。它與原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)的類(lèi)型與特性，聯(lián)軸器類(lèi)型等有關(guān)Kv :動(dòng)載系數(shù)，考慮齒輪制造精度、運(yùn)轉(zhuǎn)速度對(duì)輪齒內(nèi)部附 加動(dòng)載荷影響的系數(shù)。K-齒間載荷分配系數(shù)，考慮同時(shí)嚙合的各對(duì)輪齒間載荷分配不均勻影響的系數(shù)。Ka分為KHa （按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)用 的齒間載荷分配系數(shù)）與