齿轮传动剖析课件

1

硬齿面——HBS＞350

软齿面——HBS＜350②

按齿面硬度分：

闭式传动——润滑良好。开式传动——易落灰尘，易磨损。半开式——处于两者之间。①

按工作条件分：在机械传动中，齿轮传动应用最广，不仅传递运动，且传递动力。其传动主要特点有：①传动比恒定；②效率高，可达99%；③工作可靠，寿命长；④结构紧凑，传动平稳；⑤制造成本高，精度要求高，不宜大轴间距。分类：(按轴布置方式、按齿线方向、按齿廓曲线分法在齿轮机构中讲过）第14章齿轮传动设计一.概述21.轮齿折断二.轮齿的破坏形式轮齿是齿轮的直接工作部分，所谓齿轮的失效也就是轮齿失效。实践表明；轮齿的失效有多种形式，并视齿轮的工况、材料、热处理方式等因素而定。常见的有：3二.轮齿的破坏形式2.齿面点蚀4二.轮齿的破坏形式3.齿面磨损4.齿面胶合5.齿面塑性变形5三.齿轮传动的设计准则设计准则取决于齿轮可能出现的破坏形式，而破坏形式主要决定于齿轮的受载情况、工作条件和材料、热处理等。对闭式软齿面的齿轮传动，其主要失效形式是齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断，一般先按接触强度进行设计，再按弯曲强度进行校核；对闭式硬齿面，抗点蚀能力强，先按弯曲强度进行设计，再按接触强度校核；对开式齿轮，主要失效是磨损和轮齿折断，不发生点蚀（因为还没有发生点蚀就被磨掉了），一般按弯曲强度设计计算。考虑到磨损对齿厚的影响，计算时将许用弯曲疲劳应力降低25%～50%。对长期双侧工作的齿轮，因齿根弯曲应力为对称循环变应力，应将极限应力的值乘以0.7来计算。6四、齿轮材料常用齿轮材料优质碳素钢合金结构钢铸钢铸铁热处理方法表面淬火渗碳淬火调质正火渗氮具体查看表14-1----高频淬火、火焰淬火要防止以上几种失效，要求齿轮1）齿面要硬；2）齿芯要韧，7表14-1常用的齿轮材料优质碳素钢类别牌号热处理硬度（HBS或HRC）合金结构钢铸钢灰铸铁球墨铸铁35正火150~180HBS调质表面淬火180~210HBS40~45HRC正火170~210HBS45调质表面淬火210~230HBS43~48HRC5040Cr调质表面淬火240~285HBS52~56HRC35SiMn调质200~260HBS表面淬火40~45HRC正火调质240~280HBS40MnB………………ZG270-500正火140~170HBS………………HT200170~230HBS…………QT500-5147~241HBS…………180~220HBS81.轮齿上的作用力(忽略齿面间的摩擦力）14.2直齿圆柱齿轮传动的作用力及其计算载荷方向：Ft与主动轮v方向相反；

Fr指向轮心，2.计算载荷Fn=KFK——载荷系数，表14-29原动机工作机械的载荷特性均匀中等冲击大的冲击电动机1～1.21.2～1.61.6～1.8多缸内燃机1.2～1.61.6～1.81.9～2.1单缸内燃机1.6～1.81.8～2.02.2～2.4表14-2载荷系数K1014.3直齿圆柱齿轮传动的强度计算

一、齿面接触疲劳强度计算

根据闭式齿轮传动失效形式：疲劳点蚀、疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力大小有关，而齿面最大接触应力赫兹应力公式表示为：O2ω2（从动）O1N1N2ttω1（主动）T1cα

α

d12d22α

ρ2Cρ111整理得：对于钢制的标准齿轮E=2.06×105N/mm2,α=20º,sin2α=0.64,代入后则校核公式取齿宽系数,则设计公式12参数选择和公式说明：（1）传动比i≤8；（2）齿宽系数ψa；（3）许用接触应力σH；查图表14-10得极限应力，根据轻型减速器ψa

＝0.2-0.4一般减速器ψa

＝0.4重型减速器ψa

＝0.4-1.2变速箱中的滑移齿轮ψa

＝0.12-0.2由此可知：一对相互啮合的齿轮σH=σH1=σH2，但由于大小齿轮的材料有可能不同，因此接触许用应力不一定相等，故在计算时，应取二者中较小的一个值。一般取SH=1；当齿轮损坏会造成严重后果时取SH=1.2513如果材料不是钢对钢，则应将以上公式中的系数改为：由此可见：当齿轮的材料、传动比和齿宽系数确定后，其齿面接触强度所决定的承载能力仅与中心距或分度圆直径有关，即与模数、齿数的乘积有关，而不是与模数的单项值有关。14rbO30˚

30˚

二、齿根弯曲疲劳强度计算假定载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁计算。齿顶啮合时，弯矩达最大值。hFFnF2F1SFαF

弯曲力矩：M=KFnhFcosαF

危险界面的弯曲截面系数：弯曲应力：危险截面：齿根圆角30˚切线两切点连线处。齿顶受力：Fn，可分解成两个分力：F1=Fn

cosαF

F2=Fn

sinαF

---产生弯曲应力；---压应力，小而忽略。Fn15因为hF和SF与模数m成正比，故YF只与齿形中的尺寸比例有关而与模数无关。弯曲应力：对于标准齿轮,YF仅取决于齿数Z，取值见图14-13。YF–齿形系数此式为校核公式故16得出设计公式：令齿宽系数计算时取：较大者，计算结果应圆整,且m≥1.5～2mm，然后再计算实际d。对开式传动，考虑齿面磨损可将算得到m加大10%～15%。173.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.73.73.63.53.43.33.23.13.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.81.7111213141516182025304050100400齿形系数–YF计算根切极限实际根切极限标准齿轮18参数选择和公式说明：（1）闭式软齿面，齿数z1=25～40；开式及硬齿面或铸铁闭式传动z1＞17即可。（2）许用弯曲应力σF；[σF]=σFlim/SF，可查图14-14，其中对σFlim，若轮齿两面工作时，应按按中值得70%计算；因弯曲疲劳造成的轮齿折断可能造成重大事故，而疲劳点蚀只影响寿命，故：SF>SH。19（4）验算两齿轮的弯曲强度；（3）设计模数m；计算时取：较大者，计算结果应圆整取表3-1标准,且m≥1.5～2mm，。对开式传动，考虑齿面磨损可将算得到m加大10%～15%。一般YF1

≠YF2，

[σF1]

≠[σF2]

，应分别对大小齿轮校核。20例14-1某两级直齿圆柱齿轮减速器用电动机驱动，单向运转，载荷有中等冲击。高速级传动比i=3.7，高速轴转速n=745r/min，传动功率P=17kW，采用软齿面，试计算此高速级传动。解(1)选择材料及确定许用应力

由表14-1，小齿轮用45钢调质，齿面硬度235HBS，大齿轮用45钢正火，齿面硬度190HBS，由图14-10c和a查得，σHlim1=570MPa，σHlim2=390MPa，由图14-14c和a查得σFlim1=220MPa；σFlim2=170MPa。取sH=1，SF=1.2521(2)按齿面接触强度设计

设齿轮按8级精度制造。取载荷系数K=1.5，齿宽系数Φa

=0.4。

小齿轮上的转矩

Nmm

齿数Z1=28，则Z2=3.7×28≈104。故实际传动比i=104/28=3.71误差在±5%以内即可。22按表3-1取m=4mm，实际的中心距(3)校核轮齿弯曲强度由图14-13查得：YF1=2.64，YF2=2.2，

齿宽b=Ψa·a=0.4×264=105.6mm取b2=106mm，b1=110mm（为了补偿安装误差b2大于b1）2314.4齿轮传动链的设计齿轮传动设计步骤：（1）选择传动类型；（2）根据总传动比确定传动级数和各级传动比；（3）定齿数和模数，计算齿轮各部分尺寸；（4）结构设计；（5）误差分析和精度计算；齿轮传动经常由轮系来实现的，而各个齿轮都装在轴上，轴又与装在机座上的轴承相配合，因此不能孤立地研究齿轮本身，还要考虑其他的一些问题。24一、齿轮传动类型的选择1.实现平行轴间采用直齿轮，设计制造简单，效率高，但适宜低速；2.平行轴高速采用斜齿轮，传动平稳，但有轴向力；3.若传动比大，采用蜗杆。但效率低；4.相交轴间传动用锥齿轮。25二.轮系各级传动比的分析1、确定传动级数(单级速比的范围：参见表14-3)2、有利于提高传动精度的原则——按误差最小分配传动比的原则（先小后大）3、按最小体积要求分配传动比假设：各齿轮宽度均相同；各齿轮主动轮的分度圆直径均相等；材料相同；忽略轴与轴承的体积结论：各级传动比相等26i---

总传动比n

---

传动级数iK

---

任一级的传动比K

---

第几级例题:已知某齿轮减速器中，已知电机转速为3500r/min，输出轴转速为10r/min，四级齿轮传动,按三种原则分配各级齿轮的传动比。4、按最小转动惯量的原则（特别是正反转频繁的传动中）（1）i总=3500/10=350,按“先小后大”2原则，i总=2.5×4×5×7，不是唯一的答案。（2）按体积最小3原则，可使各级传动比相等，即在具体齿数取整时可稍做调整。27（3）按最小转动惯量的4原则，同样采用四级，则各级传动比为：最后在具体确定齿数时，根据实际情况对各级传动比还需做适当的调整，但是总传动比的数值要求不变。28三.

确定各级齿轮的齿数和模数2.齿数的确定:以不发生根切应大于17，若要求不高可取14，若中心距不受限制可取25以上。1.模数m的确定按强度条件定按结构工艺条件定类比法29直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。如果齿轮的直径比轴径大得多，则应把齿轮和轴分开制造。1)齿轮轴2)实心齿轮四.

齿轮传动的结构设计30dh=1.6ds

;lh=(1.2.~1.5)

ds

,并使lh

≥b；c=0.3b;δ=(2.5.~4)

mn

,但不小于8mm，d0和d按结构取定，当d较小时可不开孔3)腹板式齿轮dd0bdsdhda斜度1:10lhδc314)腹板式齿轮dh=1.6ds

;lh=(1.2.~1.5)

ds

,并使lh

≥b，

c=0.3b;δ=(2.5.~4)

mn

,但不小于8mm，d0和d按结构取定。bdsdhda斜度1:10lhδc32dh=1.6ds

(铸钢);dh=1.6ds

(铸铁)lh=(1.2.~1.5)

ds

,并使lh

≥b

c=0.2b;但不小于10mmδ=(2.5.~4)

mn

,但不小于8mmh1=0.8ds;h2=0.8h1;s=1.5h1;但不小于10mme=0.8ds;h2=0.8h1

bdsdhda斜度1:20cδlhh1eeh2s5）轮辐式齿轮33锻造锥齿轮：dh=1.6ds

;lh=(1.2.~1.5)

ds，c=(0.2~0.3)b;∆=(2.5~4)me;但不小于10mm，d0和d按结构取定dd0Rbdsdhdalh斜度1:10∆

34d0d∆

Rbdsdhdalh斜度1:20带加强筋的铸造齿轮：dh=(1.6~1.8)ds

;lh=(1.2.~1.5)d；c=(0.2~0.3)b;s=0.8c;∆=(2.5~4)me;但不小于10mm，d0和d按结构取定35齿轮轴组合式齿轮（金属）组合式齿轮（非）3614.5机械传动总论一.机械传动的功能实现运动形式的变换：原动机多为匀速回转，而工作机运动形式多样。如移动、摆动、间歇、平面复杂运动等。2.

实现增速、减速或变速运功：如汽车、机床、起重设备等都需要变速。机械中传动系统的作用：将原动机或原动构件的运动和动力传给工作构件（执行机构）3.

实现远距离的运动和动力的传递：采用连杆机构、带传动、链传动和齿轮轮系等可传递相距较远的两轴间的运动和动力。374.

实现运功的合成和分解（例题3-6）加法机构这种轮系当齿轮1及齿轮3的轴分别输入被加数和加数的相应转角时，转臂H的转角的两倍就是它们的和。结论：行星架的转速是轮1、3转速的合成。38v1v3图示汽车差速器1、2中：Z1=Z3，nH=n4n1=n3

当汽车走直线时，若不打滑：汽车转弯时，车体将以ω绕P点旋转：2Lv1v3PωV1=(r-L)ω

V3=(r+L)ωn1/n3

=V1

/V3r－转弯半径

该轮系根据转弯半径r大小自动分解nH使n1、n3符合转弯的要求=(r-L)

/(r+L)

2L－轮距r式中行星架的转速nH由发动机提供差速器22H451331HHHnnnni--=1331zz-==－12

nH

=n1+n339另外采用传动机构可将原动机的运动和动力按需要分几路输出，即运动的分解或称为分流。图14-27主轴与丝杠的传动比：40采用传动机构可将原动机的运动和动力按需要分几路输出，即运动的分解或称为分流。415.

获得大的机械效益；由此可见：若不考虑传动效率，输出转矩是输入转矩的i倍。若z1=1，z2=50，则T2=50T1，因而达到减速增矩的目的。421.

机械效率——总效率为各部分效率的乘积。二.机械传动的效率、功率和转矩的计算432.

功率P已知输入功率（P入）和各部分效率（承、齿），求传动系统中各轴和各级齿轮传动的功率P443.

转矩T45一台带式运输机根据工作要求，运输带的工作压力F=3200N，运输带速度v=1m/s，卷筒直径D=350m