江蘇大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課件10.齒輪傳動(dòng)

Saturday,February4,2023機(jī)械原理及設(shè)計(jì)（Ⅱ）第十章齒輪傳動(dòng)第十章齒輪傳動(dòng)§10-1概述§10-2齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則§10-3齒輪材料及熱處理§10-4直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算§10-5標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算§10-7標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算§10-6

直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)選擇和精度選擇§10-8標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算§10-9齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§10-10齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑一．工作特點(diǎn)1．工作可靠，壽命長(zhǎng)2．承載能力高：數(shù)萬(wàn)千瓦3．傳動(dòng)比i穩(wěn)定：定傳動(dòng)比傳動(dòng)4．結(jié)構(gòu)緊湊5．傳動(dòng)效率高6．制造、安裝、檢驗(yàn)要求高§10-1概述2．按齒線(xiàn)形狀分直齒、斜齒、曲線(xiàn)齒(人字齒)3．按材料硬度分二．分類(lèi)1．按潤(rùn)滑狀況分(1)開(kāi)式傳動(dòng)(2)半開(kāi)式傳動(dòng)(3)閉式傳動(dòng)●硬齒面>350HB(或>38HRC)●軟齒面≤350HB(或≤38HRC)一．失效形式1．輪齒折斷原因：①疲勞折斷：σF為變應(yīng)力，應(yīng)力集中。②過(guò)載折斷：過(guò)載沖擊或齒厚變薄。①全齒折斷②局部折斷F現(xiàn)象：沿齒根部折斷有兩種形式§10-2齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

σF為何種變應(yīng)力？（考慮齒輪是否是惰輪）措施：1·用大圓角及消除加工刀痕、提高表面質(zhì)量

來(lái)減小應(yīng)力集中，

2·使輪齒受載均勻，防止過(guò)載。

3·合理的熱處理措施，

4·采用表層強(qiáng)化方法。問(wèn)題2．齒面接觸疲勞(點(diǎn)蝕)——閉式中多見(jiàn)原因：σH為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力。有兩種現(xiàn)象①收斂性點(diǎn)蝕②擴(kuò)展性點(diǎn)蝕措施：提高表面硬度，提高表面質(zhì)量，合適潤(rùn)滑措施，使用粘度合適的潤(rùn)滑油

①σH為何種變應(yīng)力？如何分析？②點(diǎn)蝕為什么首先發(fā)生在節(jié)線(xiàn)附近的齒根面上？現(xiàn)象：靠近節(jié)線(xiàn)的齒根面產(chǎn)生麻點(diǎn)、麻坑。問(wèn)題3．齒面膠合——閉式中多見(jiàn)現(xiàn)象：沿輪齒面滑動(dòng)方向形成溝痕，甚至咬死措施：提高表面硬度，提高表面質(zhì)量，加強(qiáng)潤(rùn)滑措施，加入極壓添加劑，采用抗膠合的潤(rùn)滑油。原因：①高速重載下，熱膠合

②低速重載下，冷膠合4．齒面磨損——開(kāi)式中多見(jiàn)原因：①跑合磨損（有益）②磨粒磨損（有害）現(xiàn)象：失去漸開(kāi)線(xiàn)齒形，齒側(cè)變大，嚴(yán)重時(shí)折斷。措施：提高表面硬度，提高表面質(zhì)量，保持潤(rùn)滑油清潔，將開(kāi)式傳動(dòng)改為閉式傳動(dòng)。a．齒面塑性變形：滾壓塑變、錘擊塑變?cè)颍核苄粤鲃?dòng)現(xiàn)象：失去漸開(kāi)線(xiàn)齒形主動(dòng)輪上：節(jié)線(xiàn)處下凹從動(dòng)輪上：節(jié)線(xiàn)處上凸5·塑性變形：齒面或齒體塑性變形●滾壓塑變措施：提高表面硬度，提高表面質(zhì)量，使用粘度合適的潤(rùn)滑油，加入極壓添加劑。齒面滾壓塑變流動(dòng)時(shí)，為什么主動(dòng)輪上發(fā)生節(jié)線(xiàn)處下凹，從動(dòng)輪上發(fā)生節(jié)線(xiàn)處上凸？（摩擦力方向改變）開(kāi)式：折斷，磨損閉式：折斷，點(diǎn)蝕，膠合●錘擊塑變：過(guò)大的沖擊而在齒面產(chǎn)生的沿接觸線(xiàn)方向的淺的溝槽。b．齒體塑性變形（略）問(wèn)題總結(jié)二．設(shè)計(jì)準(zhǔn)則σF≤[σ]F

彎曲疲勞強(qiáng)度σH≤[σ]H

齒面接觸疲勞強(qiáng)度1．開(kāi)式傳動(dòng)☆σF≤[σ]F

防折斷☆增加(10%~20%)m(模數(shù))來(lái)補(bǔ)償因磨損引起的強(qiáng)度不足（防磨損定性計(jì)算）。2．閉式傳動(dòng)★σF≤[σ]F

防折斷★σH≤[σ]H

防點(diǎn)蝕兩個(gè)問(wèn)題：①σF

＝?

σH=?②[σ]F＝?

[σ]H=?一．對(duì)齒輪材料的要求“外硬”——齒面要硬抗點(diǎn)蝕、抗磨損、抗膠合、抗塑性流動(dòng)“內(nèi)韌”——齒芯要韌抗折斷§10-3齒輪材料及熱處理二．常用材料及熱處理1．鋼(1)鍛鋼軟齒面(≤350HB)

如：45，40Cr正火或調(diào)質(zhì)熱處理→切齒7級(jí)或8級(jí)）硬齒面(>350HB)

如：45，40Cr

淬火

20Cr

20CrMnTi

滲碳淬火→齒面硬化處理→精加工（4級(jí)或5級(jí)）(2)鑄鋼如：ZG310~570（?；幚恚?．鑄鐵

如：HT200~HT350、QT500-5等3．非金屬材料

如：夾布膠木、尼龍三．齒面硬度匹配1．軟齒面?zhèn)鲃?dòng)時(shí)：

HB小=HB大+(30~50)

HB小>HB大

對(duì)大齒輪冷作硬化2．硬齒面?zhèn)鲃?dòng)時(shí)：HB小≈HB大Fn(法向力)Ft

(圓周力)Fr

(徑向力)1·力的大小(標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)：=20o)PFrFnFtFtFrFnαr2r1一．受力分析(不計(jì)摩擦力，取節(jié)點(diǎn)P)§10-4直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算2·力的方向圓周力Ft：主動(dòng)輪上：Ft1與運(yùn)動(dòng)方向相反(阻力)從動(dòng)輪上：Ft2與運(yùn)動(dòng)方向相同(驅(qū)動(dòng)力)徑向力Fr：Fr1、Fr2均指向各自輪心可見(jiàn):①為什么要進(jìn)行受力分析？②為什么要將Fn分解？③若嚙合點(diǎn)不在節(jié)點(diǎn)P時(shí)，其受力情況如何？問(wèn)題二．計(jì)算載荷Ftc=KFt式中：K——載荷系數(shù)，且為

K＝KAKvKαKβ1．使用系數(shù)KA：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)。2．動(dòng)載系數(shù)Kv（齒輪嚙合誤差，即pb1≠pb2）①制造安裝誤差a．pb1<pb2b．pb1>pb2③降低Kv的方法：a．降低圓周速度b．提高加工精度c．采用齒頂修緣：pb1<pb2

修從動(dòng)輪

pb1>pb2

修主動(dòng)輪②嚙合時(shí)受力變形4．齒向載荷分配系數(shù)Kβ：齒寬方向分配●降低Kβ的方法①合理的齒輪位置②合理的齒寬③提高齒輪軸、支承的剛度④鼓形修整3．齒間載荷分配系數(shù)Kα：

多對(duì)齒間分配（分配并不均勻）1．理論依據(jù)危險(xiǎn)截面：圖示A～B截面FncFncFnc假設(shè)：全部載荷均作用于齒頂一．齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算（防折斷）§10-5標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算2．強(qiáng)度條件∴強(qiáng)度條件校核式設(shè)計(jì)式z=∞z=25z=10Z(α、x)↑→(YFa↓Ysa↑)↓→σF↓YFa、Ysa與齒廓形狀(如α、Z、x)有關(guān)，而與齒的大小(m)無(wú)關(guān)。①T1、Z1

、d1均指小齒輪的，不能用T2、Z2、d2代替②彎曲強(qiáng)度取決與m、b說(shuō)明結(jié)論分析b——齒寬Z1——小齒輪上的轉(zhuǎn)矩T1——小齒輪上的轉(zhuǎn)矩φd——齒寬系數(shù)φd

＝b/d1m——模數(shù)：應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值m≥(1.5~2)mm[σ]F——齒輪許用彎曲應(yīng)力二．齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算（防點(diǎn)蝕）1．理論依據(jù)：以節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)r1N1ttP2．強(qiáng)度條件r1N1ttP∴強(qiáng)度條件校核式設(shè)計(jì)式說(shuō)明接觸強(qiáng)度取決于齒輪直徑d1(或中心距a)和齒寬b三．許用應(yīng)力式中對(duì)稱(chēng)循環(huán)的彎曲應(yīng)力，其極限值為脈動(dòng)循環(huán)時(shí)的極限應(yīng)力的70%輪1、2、3的許用彎曲應(yīng)力如何？123主動(dòng)注意問(wèn)題四．強(qiáng)度計(jì)算說(shuō)明1．彎曲強(qiáng)度公式校核式設(shè)計(jì)式2．接觸強(qiáng)度公式3．設(shè)計(jì)方法（試算法）初選Kt(=1.2~1.4)→求d1(或m)→求V→查K(KvKαKβ)→修正d1(或m)一．主要參數(shù)選擇1．壓力角α：規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角α=20oα↑→(YFa↓YSa↓)↓→σF↓→彎曲強(qiáng)度↑α↑→ZH↓→σH↓→接觸強(qiáng)度↑2．齒數(shù)z和模數(shù)mz↑(m↓)→①重合度↑→運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)②h↓→減少切削用量→節(jié)省材料③滑動(dòng)系數(shù)↓→減少磨損和膠合

④σF↑→彎曲強(qiáng)度↓§10-6直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)選擇和精度選擇閉式宜選齒數(shù)多些，以增加傳動(dòng)平穩(wěn)性，一般z1=20~40開(kāi)式宜選齒數(shù)少些，以增加抗磨損，抗折斷能力，一般z=17~20（模數(shù)m增大，齒厚增大）∴模數(shù)m對(duì)彎曲強(qiáng)度如何影響？對(duì)接觸強(qiáng)度又如何？3．齒寬系數(shù)φdφd大→b(=φdd1)↑→承載能力↑φd過(guò)大→b↑↑→Kβ↑↑∴φd應(yīng)合理b=φdd1（圓整）b1=b+(5~10)mmb2=b問(wèn)題二．精度選擇精度等級(jí)1————→12精度高————→低★三種精度：●運(yùn)動(dòng)精度(第Ⅰ組公差)●工作平穩(wěn)性精度(第Ⅱ組公差)●接觸精度(第Ⅲ組公差)★齒側(cè)間隙偏差：C——S

14種例：7——6——6——GM

GB179－83上偏差下偏差Ⅰ組Ⅱ組Ⅲ組FnFrF'FtFa(軸向力)一．受力分析（不計(jì)摩擦力）§10-7標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算其中1·力的大小2·力的方向旋向：主動(dòng)輪：左（右）從動(dòng)輪：右（左）Ft(同直齒輪)Fr(同直齒輪)Fa主動(dòng)輪左右手法則從動(dòng)輪

①左右手法則只適用于主動(dòng)輪，應(yīng)判斷主動(dòng)輪②作用力的位置應(yīng)在嚙合點(diǎn)處。注意如圖，標(biāo)出各分力方向例題Fr1Fr2Fa1Fa2Ft1Ft2O1O2主動(dòng)N1Ft2Ft1N1二．強(qiáng)度計(jì)算特點(diǎn)：1．按當(dāng)量直齒圓柱齒輪計(jì)算:法向齒形ZV2．接觸線(xiàn)為傾斜的：接觸線(xiàn)長(zhǎng)彎曲：計(jì)入螺旋角系數(shù)Yβ(≤1)二者取小者3．重合度大直齒輪

εα斜齒輪

εr=εα+εβ接觸：三．強(qiáng)度計(jì)算公式1．彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式式中：2．接觸強(qiáng)度公式四．小結(jié)斜齒輪比直齒輪強(qiáng)度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，常置于高速級(jí)斜齒輪幾何參數(shù)與直齒輪不同之處：一．受力分析（不計(jì)摩擦力）FnFtF'FrFa§10-8標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算1·力的大小2·力的方向Fa：均沿各自軸線(xiàn)方向指向大端FtFr同直齒輪作用力與反作用力關(guān)系如圖畫(huà)出各齒輪上的分力方向例題N112Ft1Fr1Fr2Ft2