铸造工艺齿轮传动

1、第七章 齿轮传动 7-1 概述 7-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 7-3 齿轮的材料及其选择 7-4 圆柱齿轮传动的计算载荷 7-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算 7-6 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算 7-8 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 7-9 直齿锥齿轮传动 7-11 齿轮的结构 7-10 齿轮传动的效率与润滑 7-7 直齿圆柱齿轮传动的静强度计算 10-1概述1 一、齿轮传动的特点、类型和基本问题 3）效率高； 4）结构紧凑； 1）工作可靠，寿命长； 2）传动比恒定； 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛。 7-1 概 述 1. 特点： 5）适用

2、性广。 可达99，在常用的机械传动中，其效率最高。 在相同条件下，齿轮传动所需的空间一般较小。 这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一。 优点 缺点 1）制造及安装精度要求高； 2）成本高。 2. 类型 按轴的布置分 平行轴齿轮传动 相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动 （锥齿轮） （圆柱齿轮） 概述2 各类齿轮图片 按齿向分： 直齿轮传动 斜齿轮传动 人字齿轮传动 按工作条件分： 闭式传动 开式传动 软齿面齿轮（齿面硬度350HBS布氏硬度 ） 硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS） 按齿面硬度分： 按齿廓分： 渐开线齿轮 摆线齿轮 圆弧齿轮 3. 基本问题： 1）传动平稳：即要求瞬时传动比i恒定。 2

3、）足够的承载能力：即要求在预期的使用期限内不失效。 二、齿轮传动的主要参数 1）模数 m 标准系列见表71。 2）传动比 i 和齿数比 u 主 从 主 从 从 主 d d z z n n i 概 述 概述3 1 b 1 1 2 z z u齿数比： 注：1 为小轮，2为大轮。 减速传动：i = u 增速传动： u i 1 3）中心距 a 4）齿宽 b 和齿宽系数 a b a 或 1 d b d 齿宽系数： 1 db d 齿宽：或 ab a bb 2 大轮齿宽： 小轮齿宽：mm105( 21 ） bb 2 b （应圆整） 概 述 概述4 三、齿轮的精度等级 国标中对圆柱齿轮和锥齿轮都规定了十二个精

4、度等级，常用 5 9 级。 根据传动的用途、使用条件和齿轮的圆周速度等选择精度等级。 齿轮精度分为： 第一公差组：控制运动的准确性。 第二公差组：控制传动的平稳性。 第三公差组：控制载荷分布的均匀性。 应遵循 “ 需要可能 ” 的原则。 概 述 例如： 877 HK 选择精度等级 齿厚偏差代号 10-2齿轮传动的失效形式及设计准则 7-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 一、失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，常见的失效形式有： 分为： 疲劳折断 过载折断：属于静强度破坏。 多发生在轮齿的节线附近靠近齿根的一侧。 是在重载条件下产生的粘着磨损现象。 齿面磨粒磨

5、损使轮齿变薄，最后导致轮齿折断。 塑性变形是重载软齿面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流动。 冷胶和 热胶合 分为 注：由于磨损的比点蚀的形成快，故开式传动中见不到点蚀现象。 普通闭式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和点蚀 普通开式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和磨粒磨损 设计准则 对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为： 为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度。 为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。 注：对高速重载传动，还应按齿面抗胶合能力进行计算。 二、设计准则 1）闭式传动 硬齿面：按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的 参数和尺寸），然后校核齿面接触疲劳强度 软

6、齿面：按齿面接触疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的 参数和尺寸），然后校核齿根弯曲疲劳强度。 2）开式传动：只计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数（预留磨损量）。 齿轮传动的失效形式及设计准则 10-3 齿轮的材料及其选 择 7-3 齿轮的材料及其选择 对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧。 一、常用的齿轮材料 钢： 铸铁：用于低速、轻载、不太重要的场合； 非金属材料：如尼龙、塑料等。适用于高速、轻载、且要求降低噪 音的场合。 常用材料 碳钢 合金钢 最常用 二、常用的热处理方法 齿轮的毛坯： 锻造 铸造：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮。 ：适用于中、小尺寸的齿轮。 调质、正火：得软齿面，强度低，工

7、艺简单。 齿轮的材料及其选择 原则2 三、齿轮材料选用的基本原则 q齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等； q应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高2050HBS 。 硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。 整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮等： 得硬齿面，强度高。 淬火后需磨齿，工艺复杂。 适用于中碳钢 适用于低碳钢 不需磨齿 齿轮的材料及其选择 10-4 圆柱齿轮的载荷 计算 一、轮齿的受力分析 1 1 t 2 d T F tan tr FF 啮合传动中，直轮齿的受力分析 切向力： 径

8、向力： cos t n F F 法向力： 1 T 为小轮的名义转矩（Nmm）。 式中： 为小轮的分度圆直径（mm）。 1 d 主动轮 的方向与其转向相反； t F 从动轮 的方向与其转向相同。 t F 径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。 1. 直齿圆柱齿轮 （718） 7-4 圆柱齿轮传动的载荷计算 用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向 力 代替轮齿所受的分布力，将 分解，得： n F n F 1 主动 2 圆柱齿轮的载荷计算2 1t F 2t F 1x F 2x F 2r F 1r F 1 主动 2 1x F 1 主动 2 1x F 练 习 啮合传动中，轮齿的受力分析 2. 斜齿

9、圆柱齿轮 将 Fn 分解 1 1 t 2 d T F cos tan tr n FF 切向力： 径向力： tan xt FF 轴向力： （727） 斜齿轮受力 轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。 二级受力分析 计算载荷1 HAH KKKKK FAF KKKKK K 为载荷系数， 上述Fn 为轮齿所受的名义法向力。实际传动中由于原动机、工作机性 能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大。 计算载荷为： n KFF nc 式中：KA 使用系数： 动载系数： K 齿向载荷分布系数：是考虑载荷沿齿宽方向分布不均的系数。 计算弯曲应力时： 计算接触应力时： 是考虑外部附加动载荷的系数。 K

10、 是考虑内部附加动载荷的系数。 修缘齿可以减小内部附加动载荷。 鼓形齿改善载荷沿齿宽分布不均的现象。 齿轮远离转矩输入（输出）端，可改善偏载现象。 圆柱齿轮传动的载荷计算 计算载荷2 齿间载荷分配系数：是考虑载荷在同时啮合的齿对之间分配 不均的系数。 H K F K、 圆柱齿轮传动的载荷计算 轮齿变形倾斜 1 主动 2 T T 10-5直齿轮接触强度计 算1 H H 一、计算公式一、计算公式 基本公式： 赫兹公式， 式(227)。 接触应力的计算点： 节点 设计式： 2 3 H HE d 1 1 ) ( 12 ZZZ u uTK d H 详细说明 式中：u齿数比； ZE 弹性系数； ZH 节点

11、区域系数。 力学模型： 将一对轮齿的啮合简化为 两个圆柱体接触的模型。 目的：防止“点蚀”。 强度条件： 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 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算 3）影响接触强度的尺寸是：d（ 或 a ）和 b，而与模数 m 无关 。 KN寿命系数，是考虑应力循环次数 N 对疲劳极限影响的系数， 直齿轮接触强度计算2 Z 3 4 Z 重合度系数， 注意：1）“”用于外啮合；“”用于内啮合。 2） ，应按 较小者计算接触强度。 21HH H 二、许用接触应力 H NH S Z lim H Hl

12、im 齿轮的接触疲劳极限 SH安全系数。 Hlim 线图 4）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度。 直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算 直齿轮接触强度计算3 三、主要参数的选择 2齿数的选择 当d1已按接触疲劳强度确定时， z1 m 重合度 传动平稳 抗弯曲疲劳强度降低 齿高h 减小切削量、减小滑动率 因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数多一些好！ 闭式软齿面: z1 = 20 40 闭式硬齿面和开式传动: z1 = 17 20 1齿宽系数 d d 齿宽 b 有利于提高强度，但 d 过大将导致 K 见表74。 直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算 10-6直齿轮弯曲强度计算1 7-5 直齿圆柱齿轮传动的齿

13、根弯曲疲劳强度计算 二、计算公式 Ysa应力修正系数 Fa F F Y mbd TK 1 1 2 式中：YFa齿形系数。只与齿形有关，而 与模数m无关 YFa与Ysa 表 目的：目的：防止疲劳断齿。防止疲劳断齿。 强度条件：强度条件： F F 将轮齿简化为悬臂梁。 按30切线法确定齿根危险截面。 按在齿顶啮合计算齿根应力。 sa Y Y F 校核式： F 30 30 Fn F1 F2 s l 危险截面危险截面 c F Y 重合度系数。 直齿轮弯曲强度计算2 引入齿宽系数 和 d1= m z1，可得 1 d b d 3 2 F 2 1 1 YYY z TK m saFa d F 设计式： 2）影

14、响齿根弯曲强度的尺寸是： m 和 b 。 3）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度。 注意： 1） ，应按 较小者计算齿根弯曲强度。 21FF SaFa F YY 4）动力传动，一般 m1.52mm。 直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度 直齿轮弯曲强度计算3 二、许用弯曲应力 F F xNF F S YY lim 2 Flim 齿轮的齿根弯曲疲劳极限。 SF安全系数。 。 Flim 线图 YN寿命系数，是考虑应力循环次数 N 对疲劳极限影响的系数， 轮齿双向弯曲时，图中Flim值需乘以0.7。 Yx尺寸系数。 直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度 10-8斜齿圆柱齿轮强度计算4 cosZ 一、齿面接触疲劳

15、强度计算 用螺旋角系数 Z 计入轮齿倾斜使齿面接触应力减小的影响，对直齿轮 的接触强度公式进行修正，得斜齿轮的强度计算公式： 式中：螺旋角系数 ： 重合度系数 Z ： 校核式： u u bd TK ZZZZ H HE 12 2 1 1 H H 设计式： 3 2 H 1 1 12 Z ZZZ u uTK d HE d H 1时， )1 ( 3 4 Z 1时， 1 Z 端面重合度 ， 纵向重合度 。 7-8 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 见式 标准斜齿圆柱齿轮强度计算3 二、齿根弯曲疲劳强度计算 通常按斜齿轮的当量直齿轮计算其齿根弯曲疲劳强度，并引入螺旋角 系数Y 计入轮齿倾斜的影响，得： 设计式：

16、 3 F 2 1 2 1 n cos2 YYYY z YTK m SaFa d F 标准斜齿圆柱齿轮强度计算 式中：YFa按当量齿数 。 Y螺旋角系数。 轮齿受载及折断 校核式： YYYY mbd TK saFa F F n1 1 2 F 3 cos z z YSa按当量齿数 。 z Y重合度系数，按计算。 强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同。 10-10锥齿轮传动 轴交角为90的直齿锥齿轮传动： 7-9 直齿锥齿轮传动 一、主要参数和尺寸 直齿锥齿轮的大端参数为标准值。 直齿锥齿轮传动的几何参数 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以及则有： 令 R = b/R齿宽系数，设计中常取R =0.250.35。 齿数比： 锥距： b 2/b C t 锥齿轮传动2 二、轮齿的受力分析 用集中作用于齿宽中点处的法向力 Fn 代替轮齿所受的分布力。 将 Fn分解为：切向力Ft，径向力Fr和轴向力Fx。 cos 2 cos 1m 1t n d TF F 轴向力Fx的方向总是由锥齿轮的小端指向大端。 锥齿轮的受力分析 211 costan xtr FFF 2r11 sintanFF

18、F tx tt F d T F 1m 1 2 直齿锥齿轮传动 锥齿轮传动3 三、齿面接触疲劳强度计算 按齿宽中点处的当量圆柱齿轮计算直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度。 H 3 1 2 1 5 . 01 71. 4 ud KT ZZ RR HEH 校核式： 忽略重合度的影响。 3 2 1 2 H 1 5 . 01 71. 4 )( u KTZZ d RR HE 设计式： 式中：载荷系数 KKKK A 强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同。 直齿锥齿轮传动 锥齿轮传动4 四、齿根弯曲疲劳强度计算 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 设计式： 式中：YFa按当量齿数 。 cos z z YSa按当量齿数 。 z 直齿锥齿轮传动 齿轮传动的效率与润滑 7-10 齿轮传动的效率与润滑 润滑的目的：减小摩擦、减小磨损，还有散热和防锈蚀作用。 二、齿轮传动的润滑方式 开式及半开式齿轮传动：采用人工定期加油润滑。 详细介