齒輪傳動(dòng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PPT課件

1、05 齒輪傳動(dòng)的失效形式及材料選擇齒輪失效齒輪失效輪齒斷裂輪齒斷裂齒面失效齒面失效點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕膠合膠合磨損磨損塑性變形塑性變形一、輪齒失效的分析一、輪齒失效的分析v開(kāi)式傳動(dòng)開(kāi)式傳動(dòng)：潤(rùn)滑差，常用于低精度、低速傳動(dòng)；v閉式傳動(dòng)閉式傳動(dòng)：齒輪置于封閉嚴(yán)密的箱體內(nèi)，精度高。潤(rùn)滑及防護(hù)條件好。第1頁(yè)/共53頁(yè)成因：齒根彎曲應(yīng)力大；齒根應(yīng)力集中措施：n增大齒根圓角半徑；n正變位，增大模數(shù)；n強(qiáng)化處理：噴丸、滾壓處理；1 1、輪齒折斷、輪齒折斷過(guò)載折斷疲勞折斷整齒折斷部分齒折斷失效形態(tài)第2頁(yè)/共53頁(yè).輪齒折斷第3頁(yè)/共53頁(yè)措施措施：提高材料的硬度； 加強(qiáng)潤(rùn)滑，提高油的粘度 成因：成因：輪齒在節(jié)圓附近一對(duì)齒

2、受力，載荷大；滑動(dòng)速度低形成油膜條件差；點(diǎn)蝕由接觸疲勞產(chǎn)生的：小裂紋-擴(kuò)展-脫落-凹坑。2 2、齒面點(diǎn)蝕、齒面點(diǎn)蝕第4頁(yè)/共53頁(yè)主動(dòng)被動(dòng)n成因：成因：開(kāi)式傳動(dòng)，砂粒、金屬屑。n措施措施：加強(qiáng)潤(rùn)滑；開(kāi)式改閉式傳動(dòng)。3 3、齒面磨損、齒面磨損第5頁(yè)/共53頁(yè)磨損磨損第6頁(yè)/共53頁(yè)成因成因：高速重載；散熱不良；滑動(dòng)速度大；齒面粘連后撕脫。措施措施：減小模數(shù)，降低齒高；用抗膠合能力強(qiáng)的潤(rùn)滑油（含極壓添加劑）；材料的硬度及配對(duì)。4 4、齒面膠合、齒面膠合第7頁(yè)/共53頁(yè)齒面膠合齒面膠合第8頁(yè)/共53頁(yè)被動(dòng)相對(duì)滑動(dòng)方向主動(dòng)措施：措施：材料的選擇及硬度。5 5、齒面塑性變形、齒面塑性變形第9頁(yè)/共53頁(yè)

3、磨損、塑性變形第10頁(yè)/共53頁(yè)被動(dòng)相對(duì)滑動(dòng)方向主動(dòng)主動(dòng)被動(dòng)彎曲折斷點(diǎn)蝕膠合磨損塑性變形現(xiàn)象與原因？改進(jìn)措施？第11頁(yè)/共53頁(yè)二、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與齒輪的傳動(dòng)精度二、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與齒輪的傳動(dòng)精度閉式傳動(dòng)軟齒面時(shí)：接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)；彎曲疲勞強(qiáng)度校核。硬齒面時(shí)：彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)； 接觸疲勞強(qiáng)度校核。高速重載時(shí)：散熱能力計(jì)算；抗膠合能力計(jì)算開(kāi)式傳動(dòng)按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，考慮磨損的影響適當(dāng)增大模數(shù)（1015%）。1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第12頁(yè)/共53頁(yè)齒輪傳動(dòng)的精度（1 11212級(jí)）級(jí)）7-6-6 G M GB10095-1988齒厚下偏差齒厚下偏差齒厚上偏差齒厚上偏差第第公差組

4、精度（接觸精度）公差組精度（接觸精度）第第公差組精度（平穩(wěn)性精度）公差組精度（平穩(wěn)性精度）第第公差組精度（運(yùn)動(dòng)精度）公差組精度（運(yùn)動(dòng)精度）7 G M GB10095-1988第13頁(yè)/共53頁(yè)第14頁(yè)/共53頁(yè) 1 1、常用齒輪材料、常用齒輪材料 鋼 45、40Cr、20CrMnTi鑄鋼 ZG310-570鑄鐵 HT300、QT500-7有色金屬： 銅合金、鋁合金非金屬：夾布塑膠、尼龍三、三、 齒輪的材料及熱處理齒輪的材料及熱處理對(duì)齒輪材料的基本要求：對(duì)齒輪材料的基本要求： 齒面要硬齒面要硬，齒芯要韌齒芯要韌。第15頁(yè)/共53頁(yè)第16頁(yè)/共53頁(yè)齒輪材料的選擇依據(jù)：齒輪材料的選擇依據(jù)：A、小尺

5、寸時(shí)優(yōu)先選用鍛造毛坯；B、大尺寸時(shí)應(yīng)選用鑄造毛坯。A.經(jīng) 濟(jì) 性：正確選擇材料和毛坯狀態(tài)。B.工藝要求：選擇合理的熱處理方式。C.硬度選擇：*軟齒面硬度350HBS； *軟齒面齒輪HBS1-HBS23050； *選擇避免膠合的材料合適配對(duì)。第17頁(yè)/共53頁(yè)齒輪的熱處理方法：?；ㄕ穑┏；ㄕ穑┱{(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)淬火淬火氮化氮化表面淬火整體淬火滲碳淬火軟齒面齒輪HBS350硬齒面齒輪HBS350工藝流程短，成本低毛坯熱處理切齒工藝流程復(fù)雜，成本高毛坯退火切齒熱處理磨齒成品成品第18頁(yè)/共53頁(yè)一、輪齒上的作用力一、輪齒上的作用力112dTFttgFFtrcostnFF mmNnPT1611055.

6、906 06 直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算力的分析力的分析：大小 方向 關(guān)系第19頁(yè)/共53頁(yè)LKFKppncKKKKKvALFpn二、計(jì)算載荷計(jì)算載荷：計(jì)算載荷：載荷系數(shù)：載荷系數(shù)：KA：工作情況系數(shù)，考慮工作機(jī)、原動(dòng)機(jī)的工作情況；Kv：動(dòng)載荷系數(shù)，考慮齒輪本身的齒距誤差引起的動(dòng)載荷。與齒輪精度、線速度有關(guān)；K：齒間載荷分配系數(shù)，考慮嚙合齒對(duì)間載荷分配不均；K：齒向載荷分布系數(shù)，考慮載荷沿齒輪寬度方向分配不均。名義載荷：名義載荷：第20頁(yè)/共53頁(yè)影響因素影響因素：齒輪在軸上的位置；軸及支承的剛度；制造和安裝精度；齒輪的寬度。例如：例如：齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)K K

7、載荷沿輪齒接觸線分布載荷沿輪齒接觸線分布不均勻不均勻第21頁(yè)/共53頁(yè)載荷狀況工作機(jī)器原動(dòng)機(jī)電機(jī)內(nèi)燃機(jī)均勻平穩(wěn)1.01.11.251.5輕微沖擊1.251.351.51.75中等沖擊1.51.61.752.0嚴(yán)重沖擊1.751.852.02.25載荷系數(shù)K第22頁(yè)/共53頁(yè)HcHEELF)11(1122212121二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算costnccKFLKFLFKpp赫茲公式載荷材料因素幾何因素第23頁(yè)/共53頁(yè)齒輪節(jié)點(diǎn)處是單齒嚙合，曲率半徑較小。因此，齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力以節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)嚙合的綜合曲率為：112121212211111211/sind又：第24頁(yè)

8、/共53頁(yè)EtEtHZcossinuubdKFZuusindcosbKF2112115 . 2acossin2ZH其中，區(qū)域系數(shù)：uusind1211則：第25頁(yè)/共53頁(yè))11(1222121EEZE彈性影響系數(shù)：第26頁(yè)/共53頁(yè)12211HEHHuubdKTZZ32111284. 1uuZKTdHEd校核公式：設(shè)計(jì)公式： 由公式可看出：由公式可看出：齒輪的接觸強(qiáng)度決定齒齒輪的接觸強(qiáng)度決定齒輪的中心距。輪的中心距?；蛘哒f(shuō)，齒輪的中心距或者說(shuō)，齒輪的中心距是由接觸強(qiáng)度決定的。是由接觸強(qiáng)度決定的。1dbd令齒寬系數(shù)第27頁(yè)/共53頁(yè)較小者更危險(xiǎn)！配對(duì)齒輪H較小者強(qiáng)度低；HH齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

9、小結(jié)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算小結(jié)兩齒輪接觸應(yīng)力的關(guān)系：21HH兩齒輪接觸強(qiáng)度相等的條件：21HH12211HEHHuubdKTZZ第28頁(yè)/共53頁(yè)三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算cosshcosp66s1hcospWM2ca2caF力學(xué)模型：力學(xué)模型：Z假設(shè)全部載荷作用于齒頂；Z不計(jì)徑向分力產(chǎn)生的壓應(yīng)力；Z用30切線法確定危險(xiǎn)截面。第29頁(yè)/共53頁(yè)coscos62msmhbmKFtFcoscos62msmhYFS令齒形系數(shù)：得： 2121FFSFStFYzbmKTYbmKF思考：齒形系數(shù)YFS的大小與模數(shù)有沒(méi)有關(guān)系？第30頁(yè)/共53頁(yè)一對(duì)齒輪，模數(shù)m相同，而小齒輪z1的齒根圓齒

10、厚sf1比大齒輪z2的齒根圓齒厚sf2小，小齒輪的齒根彎曲應(yīng)力較大，在計(jì)算公式中通過(guò)齒形系數(shù)齒形系數(shù)YFS來(lái)體現(xiàn)。第31頁(yè)/共53頁(yè)32112FFSdYzKTmv開(kāi)式齒輪模數(shù)增大1015%；v動(dòng)力用齒輪，模數(shù)一般不小于2mm。1dbd令齒寬系數(shù)設(shè)計(jì)公式： 由公式可看出：齒輪的彎曲強(qiáng)度決定齒輪的模數(shù)。或者說(shuō)，齒輪的模數(shù)是由彎曲強(qiáng)度決定的。2121FFSFStFYzbmKTYbmKF第32頁(yè)/共53頁(yè)FFStFYbmKF較小者危險(xiǎn)！FSFY較大者強(qiáng)度高。FSFY2、齒輪彎曲強(qiáng)度比較若兩齒輪齒數(shù)不一樣，YFS的大小也不一樣，F(xiàn)1、F2的大小就不相等。2211FSFFSFYY兩齒輪彎曲應(yīng)力之間的關(guān)系。

11、1、彎曲應(yīng)力、許用應(yīng)力，強(qiáng)度的關(guān)系彎曲應(yīng)力、許用應(yīng)力，強(qiáng)度的關(guān)系兩齒輪彎曲應(yīng)力是否相同？許用應(yīng)力呢？齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算小結(jié)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算小結(jié)第33頁(yè)/共53頁(yè)HHHSlimSH接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，一般情況下，SH=1.0 1.2；SF彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，一般情況下，SF=1.251.5。Hlim、Flim齒輪的疲勞極限。FFFSlim四、許用應(yīng)力的確定第34頁(yè)/共53頁(yè)決定齒輪疲勞極限的三個(gè)因素：材料；熱處理方法；硬度材料；熱處理方法；硬度第35頁(yè)/共53頁(yè)n硬度超過(guò)范圍可外插法取值；n如果實(shí)際的齒輪為雙向受載，則齒根彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性為對(duì)稱(chēng)循環(huán)，這時(shí)應(yīng)將極限應(yīng)力降低為脈動(dòng)循環(huán)極限

12、應(yīng)力的70使用。第36頁(yè)/共53頁(yè)NoImage主動(dòng)被動(dòng)主動(dòng)被動(dòng)分析中間齒輪接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的特點(diǎn)分析中間齒輪接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的特點(diǎn)第37頁(yè)/共53頁(yè)開(kāi)式傳動(dòng) ：z z1 1=17=1720 20 ；閉式傳動(dòng)：z z1 1=25=254040五、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)五、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)1 1、小輪齒數(shù)、小輪齒數(shù)z z1 1的選擇的選擇q設(shè)d不變，即中心距a為定值時(shí):a. z1 增多，重疊系數(shù)大，傳動(dòng)平穩(wěn)；b. 模數(shù)小，節(jié)約材料及加工量；但抗彎曲差；c. 齒高減小，降低vs，抗膠合能力強(qiáng)。第38頁(yè)/共53頁(yè)udbaba15 . 01adudb15 . 01a的值規(guī)定為0.2，0.25，0.3

13、0，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2圓柱齒輪的齒寬，在按bdd1計(jì)算后再圓整，應(yīng)將小齒輪的齒寬在圓整值的基礎(chǔ)上加寬510 mm，以防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的工作載荷。2 2、齒寬系數(shù)、齒寬系數(shù)d d的選擇的選擇齒輪愈寬，直徑和中心距小，但載荷分布不均。第39頁(yè)/共53頁(yè)變位齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算概述一、變位對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響二、變位對(duì)接觸強(qiáng)度的影響（齒根圓角減小）（齒厚增加）正變位：SaFaYY，強(qiáng)度SaFaYY21xxx不變；中心距不變，接觸強(qiáng)度高度變位齒輪傳動(dòng)，）（0:1x接觸強(qiáng)度，接觸強(qiáng)度，角度變位齒輪傳動(dòng)HHZxZxx00:0: )

14、2(第40頁(yè)/共53頁(yè)例題第41頁(yè)/共53頁(yè)5 . 0a第42頁(yè)/共53頁(yè)第43頁(yè)/共53頁(yè)第44頁(yè)/共53頁(yè)有一對(duì)閉式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，已知：Z1=20，i=3，m=6mm，b=120mm，載荷穩(wěn)定，齒面接觸應(yīng)力H=400N/mm2，大齒輪齒根彎曲應(yīng)力F2=50N/mm2。試求：小齒輪齒根彎曲應(yīng)力；當(dāng)其它條件不變，而b=60mm時(shí)的齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力；當(dāng)其它條件不變，而Z1=40，m=3mm時(shí)的齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力。 Z204060120YFS2.802.402.282.16例題第45頁(yè)/共53頁(yè)解:4 .6128. 28 . 2502121FSFSFFYYFStFYbmKFu

15、1ubdKFZZ1tEHHb=6010028 .1222240022F2F1F1FH當(dāng)Z1=40，m=3mm時(shí)，中心距不變，故400HH73.9428. 216. 250228. 216. 222F2F26.1058 . 24 . 24 .6128 . 24 . 221F1F第46頁(yè)/共53頁(yè)一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，已知Z1=20，Z2=40，小輪材料為45Cr鋼，大輪材料為45# 鋼，許用應(yīng)力是H1=600MPa，H2=500MPa；F1=179MPa，F(xiàn)2=144MPa；齒形系數(shù)YFS1=2.8，YFS2=2.4；試問(wèn)：（1）哪個(gè)齒輪的接觸強(qiáng)度弱？（2）哪個(gè)齒輪的彎曲強(qiáng)度弱？為什么？ 解

16、：因 H1= H2H1 H2故，大齒輪的接觸強(qiáng)度弱。2211FSFFSFYY928.638 . 217911FSFY000.604 . 214422FSFY故，大齒輪的彎曲強(qiáng)度弱。例題第47頁(yè)/共53頁(yè)有一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，如兩齒輪的材料、熱處理、齒數(shù)、齒寬、傳遞功率和載荷系數(shù)均保持不變，而把小齒輪的轉(zhuǎn)速?gòu)膎1=960r/min降低到n1=730r/min，試問(wèn)改變齒輪的哪個(gè)參數(shù)才能保持具有原來(lái)的彎曲強(qiáng)度，該參數(shù)的現(xiàn)在值與原來(lái)值之比等于多少？ 解：根據(jù)題意，該對(duì)齒輪傳動(dòng)的許用彎曲應(yīng)力F、齒寬b、傳遞功率P和載荷系數(shù)K保持不變。齒數(shù)z1和z2不變，齒形系數(shù)YFS也不變。轉(zhuǎn)速n降低，則轉(zhuǎn)矩T

17、1增加：3331720960TT11.2121FFSFzbmYKT由得：如其它參數(shù)不變，保持具有原來(lái)的彎曲強(qiáng)度，m2須是原來(lái)的1.333倍，即模數(shù)m/m=1.155。例題第48頁(yè)/共53頁(yè)設(shè)有兩對(duì)閉式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其主要參數(shù)和尺寸如下表所示。如果兩對(duì)齒輪的制造精度、工況、材料和熱處理、齒面硬度均相同，且按無(wú)限壽命計(jì)算。試問(wèn)：按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，第一對(duì)齒輪所能傳遞的轉(zhuǎn)矩是第二對(duì)齒輪的幾倍？按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，第一對(duì)齒輪所能傳遞的轉(zhuǎn)矩又是第二對(duì)齒輪的幾倍？第一對(duì)齒輪Z1=20Z2=45m=4mmb=50mm第二對(duì)齒輪Z3=40Z4=90m=2mmb=50mmZYFa*YSa204.3440

18、4.008453.948903.916YFa2.802.402.352.20YSa1.551.671.681.78例題第49頁(yè)/共53頁(yè)H1tEHHu1ubdKFZZ由得)/ )()/ (u1uK2bdZZT22HEH1240420ddu1uK2dbZZu1uK2dbZZTT22232123II2HEH21I2HEHIII)()()/ )()/ ()/ )()/ (四只齒輪YFaYSa之乘積見(jiàn)表注?？梢?jiàn)，兩對(duì)齒輪中均以小齒輪的彎曲強(qiáng)度較弱，故以小齒輪作為比較依據(jù)。第50頁(yè)/共53頁(yè)由211FSaFaFmbdYYKTSaFa1FYYK2mbdT8471344200844YYmYYmYYmdbYYmdbYYK2mdbYYK2mdbTT1Sa1FaII3Sa3FaI3Sa3FaII3II1Sa1FaI1I3Sa3FaII3IIF1Sa1FaI