《机电一体化--机械设计》齿轮传动

1、第第11 11章章 齿轮传动齿轮传动内容内容111 111 齿轮的失效形式齿轮的失效形式112 112 齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理113 113 齿轮传动精度齿轮传动精度114 114 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷115 115 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算（重点）直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算（重点）116 116 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算（重点）（重点）117 117 设计圆柱齿轮材料和参数的选取设计圆柱齿轮材料和参数的选取118 118 斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动1110 1110

2、齿轮的构造（自学）齿轮的构造（自学）119119、 1111 、12(12() ) 要求要求理解齿轮的失效形式、形成及预防理解齿轮的失效形式、形成及预防掌握齿轮的受力分析及强度计算掌握齿轮的受力分析及强度计算了解齿轮的结构了解齿轮的结构111 齿轮的失效形式齿轮的失效形式1 1. .轮齿折断轮齿折断2.2.齿面点蚀齿面点蚀 3.3.齿面胶合齿面胶合4.4.齿面磨损齿面磨损 5.5.齿面塑变齿面塑变传动类型传动类型闭式传动闭式传动封闭在箱体内，润滑条件好封闭在箱体内，润滑条件好开式传动开式传动外露，润滑较差，易磨损外露，润滑较差，易磨损半开式传动半开式传动介于上两者之间介于上两者之间,有防护罩有

3、防护罩失效形式失效形式 齿根齿根齿面齿面主要形式：主要形式：断齿断齿和和点蚀点蚀一、一、齿轮材料齿轮材料金属材料金属材料（表（表11-1）45号钢号钢中碳合金钢中碳合金钢铸钢铸钢低碳合金钢低碳合金钢最常用最常用，经济、货源充足，经济、货源充足铸铁铸铁35SiMn、40MnB、40Cr等等20Cr、20CrMnTi等等ZG310-570、ZG340-640等等HT350、QT600-3等等非金属材料非金属材料尼龙、夹木胶布等尼龙、夹木胶布等选材时考虑选材时考虑工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等112 齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理二、二、热处理热处理调

4、调 质质正正 火火表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火渗渗 氮氮软齿面。软齿面。 改善机械性能，增大强度和韧性改善机械性能，增大强度和韧性硬齿面。硬齿面。 接触强度高、耐磨性好、可抗冲击接触强度高、耐磨性好、可抗冲击配对齿面的选择原则配对齿面的选择原则选材：小齿轮要好些（承载次数多），选材：小齿轮要好些（承载次数多），硬度：小齿轮比大齿轮稍硬硬度：小齿轮比大齿轮稍硬 2050HBS硬度硬度HBS350硬度硬度HBS 350软软硬硬齿轮选材的基本要求：齿面要硬、芯部要软。 113 齿轮传动的精度齿轮传动的精度误差对传动有什么影响？误差对传动有什么影响？影响传递运动的影响传递运动的准确性、平稳性、均匀

5、性准确性、平稳性、均匀性精度等级精度等级： 12个精度等级个精度等级（1级最高，12级最低），见表，见表112（P168） 一般两齿轮的精度等级取相同一般两齿轮的精度等级取相同 （7、8级最常用）二、二、计算载荷计算载荷名义载荷名义载荷 ： 平稳工况下的理想载荷平稳工况下的理想载荷(机器铭牌上给定的) Pn 。理论上。理论上是恒定的、沿齿宽方向均匀分布的值。是恒定的、沿齿宽方向均匀分布的值。计算载荷计算载荷： 名义载荷在实际中是不存在的，计算时要考虑各种名义载荷在实际中是不存在的，计算时要考虑各种实际情况实际情况（制造、安装误差，受载后的变形，工作中的振动，载荷的不均匀性等），以系数以系数k(

6、表表11-3)的形式加以修正。的形式加以修正。 修正后的名义载荷称为计算载荷。修正后的名义载荷称为计算载荷。接触应力：接触应力： 力与面积之比的极限力与面积之比的极限（高副接触应力较大）赫兹公式：赫兹公式：齿面的最大接触应力的计算式齿面的最大接触应力的计算式222121211111EEnHbF 负号用于负号用于内接触内接触工作时的接工作时的接触应力触应力115 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算齿面接触强度计算 （重点内容）（重点内容）点蚀的主要原因点蚀的主要原因齿面的齿面的接触应力过高接触应力过高 sin2sin2222111dCNdCN 由于齿根节点处易发生点蚀，所以研

7、究节点由于齿根节点处易发生点蚀，所以研究节点处的接触应力处的接触应力. 节点处的齿廓曲率半径节点处的齿廓曲率半径：uzzdd 1212/令令sin21sin)(211121122112211duudddd上式中的节点处的载荷关系：节点处的载荷关系：cos2cos11dTFFtn将上述结果将上述结果（几何参数、力）代入赫兹公式整理得代入赫兹公式整理得：校核式校核式aHHEHMPuubdKTZZ12211mmZZuuKTdHEHd211123设计式设计式一对轮齿表面的接触强度取决于小齿轮分度圆直径d1！你从接触强度的计算公式中能够得出什么样的结论?116 直齿圆柱齿轮传动的直齿圆柱齿轮传动的 轮齿

8、弯曲强度计算轮齿弯曲强度计算（重点内容）（重点内容）Fn受力模型受力模型：悬臂梁。：悬臂梁。最大受力方位最大受力方位：当载荷作用于齿顶时，：当载荷作用于齿顶时，齿根所受到的弯曲力矩最大。齿根所受到的弯曲力矩最大。危险截面危险截面: :用用3030o o切线法确定切线法确定。弯曲弯曲应力计算应力计算WMF62FbsW FFnhKFMcos轮齿失效的另一主要形式是断齿，而断齿是由于弯曲应力过高造成的带入上式并整理得带入上式并整理得弯曲强度弯曲强度的计算公式：的计算公式：aFsaFaFMPYYzbmKT1212校核式校核式设计式设计式mmYYzKTmFsaFad21123注意：注意：1.由于由于 Y

9、F1和和 YF2不同，不同， F1 和和 F2也不同，应分别验算两齿轮的弯曲强也不同，应分别验算两齿轮的弯曲强度。计算中要用度。计算中要用YF1/F1和和YF2/F2中较大的值。中较大的值。2.计算后的模数应圆整为标准模数值，传递动力时计算后的模数应圆整为标准模数值，传递动力时m1.5mm 。你从弯曲强度的计算公式中又能够得出什么样的结论?一对轮齿表面的弯曲强度取决于其模数m的大小！软硬齿面的选择软硬齿面的选择： 小功率时选软齿面；大功率时选硬齿面。小功率时选软齿面；大功率时选硬齿面。 这点很重要! 软齿面软齿面：按齿面接触强度设计，验算齿根弯曲强度；按齿面接触强度设计，验算齿根弯曲强度；硬齿

10、面硬齿面：按轮根弯曲强度设计，验算齿面接触强度；按轮根弯曲强度设计，验算齿面接触强度；例题例题11-111-1三、齿面选择及强度设计三、齿面选择及强度设计开式传动按弯曲强度设计，将算得的增大10，以考虑磨损的影响。各种齿轮的构造各种齿轮的构造2 2闭式：主要取决于齿轮的圆周速度。闭式：主要取决于齿轮的圆周速度。 1开式和半开式（速度低）：一般人工定期、润滑脂开式和半开式（速度低）：一般人工定期、润滑脂11-11 齿轮传动的润滑和效率 一、齿轮传动的润滑一、齿轮传动的润滑 二、齿轮传动的效率二、齿轮传动的效率（表（表11-911-9）当当 12m/s时，采用喷油润滑时，采用喷油润滑当当 12m/

11、s时，采用浸油润滑时，采用浸油润滑小小 结结 1.失效形式失效形式: 折断、点蚀折断、点蚀（胶合、磨损、塑变）（胶合、磨损、塑变） 软软齿面齿面(点蚀点蚀) 硬硬齿面齿面(折断折断):按接触强度设计按接触强度设计校核弯曲强度校核弯曲强度按弯曲强度设计按弯曲强度设计校核接触强度校核接触强度2.常用的计算方法常用的计算方法: 1.1.齿轮齿轮失效及选材失效及选材2.2.接触与弯曲强度的计算接触与弯曲强度的计算3.3.斜齿轮的力分析斜齿轮的力分析1、轮齿折断、轮齿折断疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断全齿折断全齿折断发生于齿宽较小的直齿轮发生于齿宽较小的直齿轮局部折断局部折断发生于齿宽较大的直齿轮和斜

12、齿轮发生于齿宽较大的直齿轮和斜齿轮防范措施防范措施：增大齿根圆角半径、增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、正变提高齿面精度、正变位、增大模数等位、增大模数等原因原因部位部位2、齿面疲劳点蚀、齿面疲劳点蚀闭式软齿面（闭式软齿面（HBS350）中多见）中多见点蚀的形成与润滑油有密切关系点蚀的形成与润滑油有密切关系在齿根偏向节线的附近在齿根偏向节线的附近开式传动中一般不会出现点蚀现象开式传动中一般不会出现点蚀现象防范措施防范措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径原因原因部位部位3、齿面胶合、齿面胶合同种金属挤压时有相互渗透的趋势同种金属挤压时有相互渗透的趋势措施：措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿