江苏大学机械设计课件10.齿轮传动

Saturday,February4,2023机械原理及设计（Ⅱ）第十章齿轮传动第十章齿轮传动§10-1概述§10-2齿轮传动的失效形式和设计准则§10-3齿轮材料及热处理§10-4直齿圆柱齿轮传动的载荷计算§10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算§10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算§10-6

直齿圆柱齿轮传动的主要参数选择和精度选择§10-8标准圆锥齿轮传动的强度计算§10-9齿轮结构设计§10-10齿轮传动的润滑一．工作特点1．工作可靠，寿命长2．承载能力高：数万千瓦3．传动比i稳定：定传动比传动4．结构紧凑5．传动效率高6．制造、安装、检验要求高§10-1概述2．按齿线形状分直齿、斜齿、曲线齿(人字齿)3．按材料硬度分二．分类1．按润滑状况分(1)开式传动(2)半开式传动(3)闭式传动●硬齿面>350HB(或>38HRC)●软齿面≤350HB(或≤38HRC)一．失效形式1．轮齿折断原因：①疲劳折断：σF为变应力，应力集中。②过载折断：过载冲击或齿厚变薄。①全齿折断②局部折断F现象：沿齿根部折断有两种形式§10-2齿轮传动的失效形式和设计准则

σF为何种变应力？（考虑齿轮是否是惰轮）措施：1·用大圆角及消除加工刀痕、提高表面质量

来减小应力集中，

2·使轮齿受载均匀，防止过载。

3·合理的热处理措施，

4·采用表层强化方法。问题2．齿面接触疲劳(点蚀)——闭式中多见原因：σH为脉动循环变应力。有两种现象①收敛性点蚀②扩展性点蚀措施：提高表面硬度，提高表面质量，合适润滑措施，使用粘度合适的润滑油

①σH为何种变应力？如何分析？②点蚀为什么首先发生在节线附近的齿根面上？现象：靠近节线的齿根面产生麻点、麻坑。问题3．齿面胶合——闭式中多见现象：沿轮齿面滑动方向形成沟痕，甚至咬死措施：提高表面硬度，提高表面质量，加强润滑措施，加入极压添加剂，采用抗胶合的润滑油。原因：①高速重载下，热胶合

②低速重载下，冷胶合4．齿面磨损——开式中多见原因：①跑合磨损（有益）②磨粒磨损（有害）现象：失去渐开线齿形，齿侧变大，严重时折断。措施：提高表面硬度，提高表面质量，保持润滑油清洁，将开式传动改为闭式传动。a．齿面塑性变形：滚压塑变、锤击塑变原因：塑性流动现象：失去渐开线齿形主动轮上：节线处下凹从动轮上：节线处上凸5·塑性变形：齿面或齿体塑性变形●滚压塑变措施：提高表面硬度，提高表面质量，使用粘度合适的润滑油，加入极压添加剂。齿面滚压塑变流动时，为什么主动轮上发生节线处下凹，从动轮上发生节线处上凸？（摩擦力方向改变）开式：折断，磨损闭式：折断，点蚀，胶合●锤击塑变：过大的冲击而在齿面产生的沿接触线方向的浅的沟槽。b．齿体塑性变形（略）问题总结二．设计准则σF≤[σ]F

弯曲疲劳强度σH≤[σ]H

齿面接触疲劳强度1．开式传动☆σF≤[σ]F

防折断☆增加(10%~20%)m(模数)来补偿因磨损引起的强度不足（防磨损定性计算）。2．闭式传动★σF≤[σ]F

防折断★σH≤[σ]H

防点蚀两个问题：①σF

＝?

σH=?②[σ]F＝?

[σ]H=?一．对齿轮材料的要求“外硬”——齿面要硬抗点蚀、抗磨损、抗胶合、抗塑性流动“内韧”——齿芯要韧抗折断§10-3齿轮材料及热处理二．常用材料及热处理1．钢(1)锻钢软齿面(≤350HB)

如：45，40Cr正火或调质热处理→切齿7级或8级）硬齿面(>350HB)

如：45，40Cr

淬火

20Cr

20CrMnTi

渗碳淬火→齿面硬化处理→精加工（4级或5级）(2)铸钢如：ZG310~570（常化处理）2．铸铁

如：HT200~HT350、QT500-5等3．非金属材料

如：夹布胶木、尼龙三．齿面硬度匹配1．软齿面传动时：

HB小=HB大+(30~50)

HB小>HB大

对大齿轮冷作硬化2．硬齿面传动时：HB小≈HB大Fn(法向力)Ft

(圆周力)Fr

(径向力)1·力的大小(标准安装时：=20o)PFrFnFtFtFrFnαr2r1一．受力分析(不计摩擦力，取节点P)§10-4直齿圆柱齿轮传动的载荷计算2·力的方向圆周力Ft：主动轮上：Ft1与运动方向相反(阻力)从动轮上：Ft2与运动方向相同(驱动力)径向力Fr：Fr1、Fr2均指向各自轮心可见:①为什么要进行受力分析？②为什么要将Fn分解？③若啮合点不在节点P时，其受力情况如何？问题二．计算载荷Ftc=KFt式中：K——载荷系数，且为

K＝KAKvKαKβ1．使用系数KA：考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。2．动载系数Kv（齿轮啮合误差，即pb1≠pb2）①制造安装误差a．pb1<pb2b．pb1>pb2③降低Kv的方法：a．降低圆周速度b．提高加工精度c．采用齿顶修缘：pb1<pb2

修从动轮

pb1>pb2

修主动轮②啮合时受力变形4．齿向载荷分配系数Kβ：齿宽方向分配●降低Kβ的方法①合理的齿轮位置②合理的齿宽③提高齿轮轴、支承的刚度④鼓形修整3．齿间载荷分配系数Kα：

多对齿间分配（分配并不均匀）1．理论依据危险截面：图示A～B截面FncFncFnc假设：全部载荷均作用于齿顶一．齿根弯曲疲劳强度计算（防折断）§10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算2．强度条件∴强度条件校核式设计式z=∞z=25z=10Z(α、x)↑→(YFa↓Ysa↑)↓→σF↓YFa、Ysa与齿廓形状(如α、Z、x)有关，而与齿的大小(m)无关。①T1、Z1

、d1均指小齿轮的，不能用T2、Z2、d2代替②弯曲强度取决与m、b说明结论分析b——齿宽Z1——小齿轮上的转矩T1——小齿轮上的转矩φd——齿宽系数φd

＝b/d1m——模数：应取标准值m≥(1.5~2)mm[σ]F——齿轮许用弯曲应力二．齿面接触疲劳强度计算（防点蚀）1．理论依据：以节点为计算点r1N1ttP2．强度条件r1N1ttP∴强度条件校核式设计式说明接触强度取决于齿轮直径d1(或中心距a)和齿宽b三．许用应力式中对称循环的弯曲应力，其极限值为脉动循环时的极限应力的70%轮1、2、3的许用弯曲应力如何？123主动注意问题四．强度计算说明1．弯曲强度公式校核式设计式2．接触强度公式3．设计方法（试算法）初选Kt(=1.2~1.4)→求d1(或m)→求V→查K(KvKαKβ)→修正d1(或m)一．主要参数选择1．压力角α：规定标准压力角α=20oα↑→(YFa↓YSa↓)↓→σF↓→弯曲强度↑α↑→ZH↓→σH↓→接触强度↑2．齿数z和模数mz↑(m↓)→①重合度↑→运转平稳②h↓→减少切削用量→节省材料③滑动系数↓→减少磨损和胶合

④σF↑→弯曲强度↓§10-6直齿圆柱齿轮传动的主要参数选择和精度选择闭式宜选齿数多些，以增加传动平稳性，一般z1=20~40开式宜选齿数少些，以增加抗磨损，抗折断能力，一般z=17~20（模数m增大，齿厚增大）∴模数m对弯曲强度如何影响？对接触强度又如何？3．齿宽系数φdφd大→b(=φdd1)↑→承载能力↑φd过大→b↑↑→Kβ↑↑∴φd应合理b=φdd1（圆整）b1=b+(5~10)mmb2=b问题二．精度选择精度等级1————→12精度高————→低★三种精度：●运动精度(第Ⅰ组公差)●工作平稳性精度(第Ⅱ组公差)●接触精度(第Ⅲ组公差)★齿侧间隙偏差：C——S

14种例：7——6——6——GM

GB179－83上偏差下偏差Ⅰ组Ⅱ组Ⅲ组FnFrF'FtFa(轴向力)一．受力分析（不计摩擦力）§10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算其中1·力的大小2·力的方向旋向：主动轮：左（右）从动轮：右（左）Ft(同直齿轮)Fr(同直齿轮)Fa主动轮左右手法则从动轮

①左右手法则只适用于主动轮，应判断主动轮②作用力的位置应在啮合点处。注意如图，标出各分力方向例题Fr1Fr2Fa1Fa2Ft1Ft2O1O2主动N1Ft2Ft1N1二．强度计算特点：1．按当量直齿圆柱齿轮计算:法向齿形ZV2．接触线为倾斜的：接触线长弯曲：计入螺旋角系数Yβ(≤1)二者取小者3．重合度大直齿轮

εα斜齿轮

εr=εα+εβ接触：三．强度计算公式1．弯曲强度计算公式式中：2．接触强度公式四．小结斜齿轮比直齿轮强度高，传动平稳，常置于高速级斜齿轮几何参数与直齿轮不同之处：一．受力分析（不计摩擦力）FnFtF'FrFa§10-8标准圆锥齿轮传动的强度计算1·力的大小2·力的方向Fa：均沿各自轴线方向指向大端FtFr同直齿轮作用力与反作用力关系如图画出各齿轮上的分力方向例题N112Ft1Fr1Fr2Ft2