機(jī)械設(shè)計(jì)第十章齒輪傳動(dòng)課件

1、馬自達(dá)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)Outlines1) 齒輪失效形式及其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;2) 輪齒受力分析（直齒、斜齒、錐齒）;3) 接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)和彎曲疲勞強(qiáng)度 設(shè)計(jì)（直齒、斜齒、錐齒輪）;10.1 概述齒輪傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn): 高效率、可靠性好，定比傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊。 缺點(diǎn): 成本高、不適合傳遞相距較遠(yuǎn)的兩根軸的運(yùn)動(dòng)。2. 齒輪類(lèi)型根據(jù)工況分 閉式齒輪 開(kāi)式齒輪 半開(kāi)式齒輪2) 根據(jù)齒面硬度分 軟齒面( 350HBS) 硬齒面( 350HBS)典型機(jī)械零件設(shè)計(jì)思路分析失效現(xiàn)象分析失效機(jī)理（原因、后果、措施）提出設(shè)計(jì)準(zhǔn)則建立簡(jiǎn)化力學(xué)模型強(qiáng)度計(jì)算主要參數(shù)尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10.2 齒輪失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則失效形式 1) 輪齒

2、折斷 靜載折斷、疲勞折斷閉式硬齒面齒輪的主要失效形式。 2) 點(diǎn)蝕 pitting 閉式軟齒面齒輪的主要失效形式。3) 膠合gluing 4) 磨料磨損abrasive wear 開(kāi)式齒輪的主要失效形式。5) 塑性變形2. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式齒輪: 接觸疲勞強(qiáng)度 彎曲疲勞強(qiáng)度開(kāi)式齒輪: 彎曲疲勞強(qiáng)度，模數(shù)增加1015%。3. 齒輪材料 (表10.1)forged steel 鍛鋼 carbon steel 碳鋼 alloy steel 合金鋼 quench淬火, temper回火、調(diào)質(zhì)(Q&T) normalize正火 casehardening 表面硬化處理 carburizing 滲碳處理 ni

3、triding 滲氮處理Heat-treating 熱處理齒面硬、芯部韌。2) Cast Steel 鑄鋼3) Cast Iron 鑄鐵 gray cast iron 灰鑄鐵 nodular iron球墨鑄鐵4) Non-metal 非金屬 閉式軟齒面齒輪：HBS1=HBS2+3050HBS10.10 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1) 齒輪軸 (e 2mt)2) 實(shí)體式 (da200500mm)4) 輪輻式 (da 4001000mm)齒輪軸 實(shí)體式輪輻式齒輪軸孔板式10.11 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 1) 油浴潤(rùn)滑 (v 12m/s) 油嘴10.5 直齒輪設(shè)計(jì)FnFn1. 輪齒受力法向力Normal Force

4、Fn 徑向力Radial Force Fr圓周力Tangential Force Ft 小齒輪大齒輪方向:Fr指向輪心Ft主反從同T1名義扭矩，N.mmd1小齒輪分度圓直徑壓力角大小:z1=12z2=36n1=960 r/min 一對(duì)模數(shù)為2mm的標(biāo)準(zhǔn)齒輪如下圖所示，齒輪1轉(zhuǎn)速為 960r/min，傳遞功率25 kW. 齒輪2驅(qū)動(dòng)傳輸帶，試畫(huà)出它們所受的圓周力和徑向力，并計(jì)算其大小。Fr2Fr1Ft2Ft1解： Where Fca calculated load 計(jì)算載荷 Fn nominal load 名義法向載荷 K load factor 載荷系數(shù)2. 計(jì)算載荷 K=KAKVKKwher

5、e KA application factor 使用系數(shù) KVdynamic factor 動(dòng)載系數(shù) Kload partition factor 齒間載荷分配系數(shù) Kload distribution factor 齒向載荷分布系數(shù) KA 使用系數(shù)KA 考慮載荷變化、振動(dòng)、 沖擊、 速度變化等外部因素引起的對(duì)齒輪的附加載荷。 表10-2KV 動(dòng)載系數(shù)Kv 考慮制造和裝配誤差以及齒輪的變形造成齒輪法節(jié)不等，從而產(chǎn)生動(dòng)載荷或沖擊。 圖10-8基圓齒距 輪齒修形pb1pb2K 齒間載荷分配系數(shù)K 考慮不同輪齒所受載荷的不均勻性。 表10-3 K 齒向載荷分布系數(shù)K 考慮由于安裝或軸的彎曲變形所造成

6、的輪齒沿齒寬方向受載的不均勻性。 表10-4圖10.9 輪齒所受的不均勻載荷鼓形齒3.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)準(zhǔn)則: HHWhere H接觸應(yīng)力 H許用接觸應(yīng)力Fn: normal force 法向力L: contact length of cylinders 圓柱接觸線長(zhǎng)度 1, 2: Poissons ratio 泊松比E1，E2：elastic modulus 彈性模量1, 2: radius of curvature 曲率半徑ZEelastic coefficient 彈性影響系數(shù)， 表 10-5令Ze接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)安裝令ZHzone factor 區(qū)域系數(shù)，圖10-

7、20 標(biāo)準(zhǔn)直齒輪 ZH=2.5接觸疲勞強(qiáng)度公式校核公式: 設(shè)計(jì)公式:d齒寬系數(shù)校核公式: 設(shè)計(jì)公式:接觸疲勞強(qiáng)度公式1、接觸強(qiáng)度計(jì)算公式中， 3、在其它參數(shù)相同的條件下，接觸疲勞強(qiáng)度與d1或中心距a成正比，即與mz乘積成正比，而與模數(shù)m無(wú)關(guān)。 說(shuō)明:2、相同條件下，零件產(chǎn)生的接觸應(yīng)力H大，接觸疲勞 強(qiáng)度弱，反之則強(qiáng)；零件許用接觸應(yīng)力H大，接觸 疲勞強(qiáng)度強(qiáng)，反之則弱；1.在齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)傳動(dòng)比及中心距一定時(shí)，提高齒 面接觸疲勞強(qiáng)度的措施可以是 （ ）。 A增大模數(shù) B增加齒數(shù) C提高齒面硬度 2.為了有效的提高齒面接觸強(qiáng)度，可 。 A.保持分度圓直徑不變而增大模數(shù) B.增加分度圓直徑 C.保持分

8、度圓直徑不變而增加齒數(shù) D.減少分度圓直徑CB4.輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)準(zhǔn)則: FFWhere F彎曲應(yīng)力 F許用彎曲應(yīng)力FnFncosSh300300FnhSFncosbYFatooth form factor 齒形系數(shù), 圖 10-17Ysa應(yīng)力修正系數(shù), 圖10-18Ye彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)校核公式: 設(shè)計(jì)公式:彎曲疲勞強(qiáng)度公式1、按照彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)大小齒輪其它參數(shù)均相同只有 不同，應(yīng)將 和 中較大者代入 計(jì)算。4、在其它參數(shù)相同的條件下，彎曲疲勞強(qiáng)度與m成 正比。說(shuō)明:3、相同條件下，零件產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力F大，彎曲疲勞 強(qiáng)度弱，反之則強(qiáng)；零件許用彎曲應(yīng)力F大，彎曲 疲勞強(qiáng)度強(qiáng)，反

9、之則弱；2、彎曲強(qiáng)度校核，要求 1.為了提高輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度，下列措施中 （ ）措施是無(wú)效的。 A.提高材料的許用彎曲應(yīng)力 B.不改變分度圓直徑增加齒數(shù) C.提高齒輪硬度 D.不改變分度圓直徑減少齒數(shù) 2.一對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)，經(jīng)校核得知滿足接觸強(qiáng)度， 而不滿足彎曲度時(shí)，可以采?。?） A保持中心距不變?cè)龃竽?shù) B增大齒數(shù) C增大中心距BA 一對(duì)直齒輪參數(shù)如下表所示，試比較它們的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，哪一個(gè)較強(qiáng)？哪一個(gè)較弱？齒輪mzbYFaYSaFH 1317602.971.52390500 2345502.351.683704705.許用應(yīng)力和設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 許用應(yīng)力:lim疲勞極限：

10、Hlim 和FlimKN壽命系數(shù)： KHN和KFNS安全系數(shù): SH和SF(2) 許用彎曲應(yīng)力:Flimendurance limit for bending strength 彎曲疲勞極限KFNlife factor for bending strength 壽命系數(shù)SFfactor of safety for bending strength 安全系數(shù)YSTstress correction factor 應(yīng)力修正系數(shù)， YST=2.0(2) 疲勞極限 Hlim, Flim 圖10-25 and 圖10-24(3) 壽命系數(shù) KHN, KFN Fig.10-23 ，F(xiàn)ig.10-22 N=

11、60njLh N工作應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n 齒輪轉(zhuǎn)速 j齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合次數(shù) Lh設(shè)計(jì)壽命123(主動(dòng))j=1j=1j=1j=1j=2j=1123(主動(dòng))(4) 設(shè)計(jì)參數(shù)選擇壓力角 一般機(jī)械齒輪: =200; 航空齒輪: =250;2) 齒數(shù)z, 模數(shù) m 閉式齒輪 : z1=2040; 開(kāi)式齒輪: z1=1720; z2=uz1; 3) 齒寬系數(shù) 表 10-7 b2=b, b1=b+(510)mm4) 齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)及其選擇 P205, 表 10-6討論：P236, 10-2t齒雙側(cè)受載(1主動(dòng))t齒單側(cè)受載(2主動(dòng)）123Left hand helix 左旋Right hand

12、 helix右旋10.6 斜齒輪設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞:當(dāng)量齒輪當(dāng)量齒數(shù) 法向力 Fn : 徑向力 Fr 圓周力 Ft 軸向力 Fa 1. 斜齒輪受力分析小齒輪 左右手法則 Ft1= -Ft2 Fr1= -Fr2 Fa1= -Fa2Where 螺旋角, =80200 b基圓螺旋角 n n=200 t端面壓力角 一對(duì)斜齒輪具有模數(shù)2mm, 法向壓力角 200, 齒數(shù)32, 螺旋角為150，小齒輪轉(zhuǎn)速為750 r/min,傳遞功率20kW, 試畫(huà)出齒輪所受的徑向力、圓周力和軸向力，并計(jì)算其大小。n1Ft1Ft2Fr2Fr1Fa1Fa2解：校核公式:2. 斜齒輪接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式:令，區(qū)域系數(shù) 圖10-30校

13、核公式: 3. 斜齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式:10.7 錐齒輪設(shè)計(jì)大端dm2d2d1dm121OOv2Kd1分度圓直徑dm 平均分度圓直徑dv 當(dāng)量齒輪分度圓直徑1. 幾何參數(shù)dm2d2d1dm121OOv2Ov1K1. 幾何參數(shù)d1分度圓直徑dm 平均分度圓直徑dv 當(dāng)量齒輪分度圓直徑dm2d2d1dm121OOv1K分度圓錐Fr1Fa1法向力 Fn:徑向力 Fr圓周力 Ft軸向力 Fa (指向大端)Ft1F2. 錐齒輪受力分析Ft1= -Ft2 Fr1= -Fa2 Fa1= -Fr2大小 一錐齒輪和斜齒輪組成的減速器, 為了使軸II上的軸向力抵消一部分, 試畫(huà)出齒輪所受的圓周力、徑向力和軸向力，并確定斜齒輪的旋向。Fr1Fa2Fr2Fa1Fa4Fa3Fr4Fr3Ft2Ft1Ft4Ft33. 錐齒輪接觸疲勞強(qiáng)度校核公式:設(shè)計(jì)公式:ZE彈性影響系數(shù), 表10.3ZH區(qū)域系數(shù), ZH=2.5 K=KAKvKKKA使用情況系數(shù), 表 10-2Kv動(dòng)載系數(shù), 圖10-8K 齒間載荷分配系數(shù), K=1;K齒向載荷分布系數(shù), 表10-9KH= KF=1.5 KHbe4. 錐齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式:設(shè)計(jì)公式:YFa, Ysa根據(jù) , 從 圖10-17和圖10-18查取。Homework 2P216: 10.1, 10.4Fig.10.14Fi