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）适用性广。可达99，在常用的机械传动中，其效率

2、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）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）

3、传动比 i 和齿数比 u主从主从从主ddzznni概 述概述31b112zzu齿数比：注：1 为小轮，2为大轮。减速传动：i = u增速传动：ui13）中心距 a4）齿宽 b 和齿宽系数aba或1dbd齿宽系数：1dbd齿宽：或 ababb 2大轮齿宽：小轮齿宽：mm105(21） bb2b（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

4、 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

5、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：

6、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

7、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11t2dTF tantrFF 啮合传动中，直轮齿的受力分析切向力：径向力：costnFF 法向力：1T 为小轮的名义转矩（Nmm）。式中： 为小轮的分度圆直径（mm）。1d主动轮 的方向与其转向相反；tF从动轮 的方向与其转向相同。tF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：nFnF1 主动2圆柱齿轮的载荷计算

8、21tF2tF1xF2xF2rF1rF1 主动21xF1 主动21xF练 习啮合传动中，轮齿的受力分析2. 斜齿圆柱齿轮将 Fn 分解11t2dTF costantrnFF 切向力：径向力：tanxtFF 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1HAHKKKKKFAFKKKKKK 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：nKFFnc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

9、力时：是考虑外部附加动载荷的系数。K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。HKFK、圆柱齿轮传动的载荷计算轮齿变形倾斜1 主动2TT10-5直齿轮接触强度计算1HH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：23HHEd11)(12ZZZuuTKdH详细说明式中：u齿数比； ZE 弹性系数； ZH 节点区域系数。力学模型： 将一对轮齿的啮合简化为

10、两个圆柱体接触的模型。目的：防止“点蚀”。 强度条件：校核式： uubdTKZZZH12211HEHH1O2OCN2N1HH7-5 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2Z34Z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。21HHH二、许用接触应力 HNHSZlimHHlim 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

11、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，z1m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 = 17 201齿宽系数 dd 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17-5 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算二、计算公式Ysa应力修正系数FaFFYmbdTK112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

12、疲劳断齿。 强度条件：强度条件：FF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。saYYF校核式： F30 30FnF1F2sl危险截面危险截面cFY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1dbd32F211YYYzTKmsaFadF设计式： 2）影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。21FFSaFaFYY4）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 FFxNFFSYYlim2Flim

13、 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4cosZ一、齿面接触疲劳强度计算 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： uubdTKZZZZHHE12211HH设计式： 32H1112ZZZZuuTKdHEdH1时，)1 (34Z1时，1Z 端面重合度 ， 纵向重合度 。7-8 斜齿圆柱齿

14、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：3F2121ncos2YYYYzYTKmSaFadF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： YYYYmbdTKsaFaFFn112F3coszzYSa按当量齿数 。zY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

15、参数211212tancotddzzu2122212221udddRRbRbRdddd5 . 015 . 022m11m)5 . 01 ()5 . 01 (RmRmmmdd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：b2/bCt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。 cos2cos1m1tndTFF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211costanxtrFFF2r11sintanFFFtxttFdTF1m12直齿锥齿轮

16、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。H31215 . 0171. 4udKTZZRRHEH 校核式： 忽略重合度的影响。3212H15 . 0171. 4)(uKTZZdRRHE设计式： 式中：载荷系数 KKKKA 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 F23212R115 . 0171. 4saFaRFYYumzKT校核式：3F2212115 . 0171. 4SaFaRRYYuzKTm设计式： 式中：YFa按当量齿数 。coszzYSa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。详细介绍一、齿轮传动的效率 闭式齿轮传动的