机械设计课件第10章齿轮传动.ppt

1、2020/8/4中国地质大学特刊作者：潘存云教授，机械设计，中国地质大学特刊作者：第10章齿轮传动，10-2齿轮齿的失效形式和设计准则，10-3齿轮材料和选择原则，10-6齿轮传动设计参数，许用应力和精度选择，10-4齿轮传动计算载荷，10-8标准锥齿轮传动强度计算，10-9齿轮结构设计，10-10齿轮传动润滑，10-1概述， 10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算，2020/8/4中国地质大学特约作者：潘存云教授，机械设计，中国地质大学特约作者：潘存云教授，作用：不仅用于要求：稳定运行和足够的承载能力。 分类，开放式驱动，简单的保护盖，大齿轮浸入油池，改善润滑，适合非重要的应用；裸露，多尘，

2、易磨损，适合低速传动。10-1概述，半开式驱动，封闭式驱动，全封闭，润滑良好，适用于重要应用。按类型、装置类型和使用条件划分：硬齿面齿轮(齿面硬度350HBS)、正齿轮传动、斜齿轮传动、锥齿轮传动、人字齿轮传动、动力齿轮传动、齿轮传动和软齿面齿轮传动(齿面硬度350HBS)，主要是动力传动，常高速重载或以精确运动为主，一般为轻载和高精度传动。2020年8月4日：中国地质大学机械设计专业作者潘存云教授，中国地质大学齿轮传动专业作者潘存云教授，齿轮传动特点：传动效率可达99；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率最高；结构紧凑；与皮带传动和链传动相比，在相同的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；工

3、作可靠，寿命长；与各种变速器相比，传动比稳定；无论是平均值还是瞬时值。这是齿轮传动被广泛使用的原因之一。制造和安装精度高，价格更贵。与皮带传动和链传动相比，本章研究的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，即能够根据齿轮工作条件的要求设计出可靠的齿轮。设计齿轮设计，确定齿轮的主要参数和结构形式。主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角和压力角a、齿高系数h*a和径向间隙系数c*。2020年8月至4月，中国地质大学机械设计特刊作者潘存云教授，中国地质大学特刊作者潘存云教授，10-2齿轮齿的失效形式和设计准则，通常发生在齿根处，因严重过载和疲劳断裂而突然断裂。1.齿轮齿失效形式，潘存云教授开发，2020年8月

4、4日。机械设计中，齿轮齿断裂通常发生在齿根，如疲劳断裂、严重过载突然断裂和局部断裂。1)疲劳断裂原因：齿根弯曲应力较大；齿根过渡圆弧处存在应力集中。当轮齿反复加载时，齿根处产生疲劳裂纹，并逐渐扩展，导致轮齿疲劳断裂。预防措施：增加齿根圆角半径、x和齿面精度，通过热处理降低应力集中，提高材料的冲击韧性；根据设计，FF。潘存云教授，2020年8月4日，机械设计，2)过载断裂(或剪切)的原因：突然过载或强冲击；模量太小，根部厚度太小，材料太脆。预防措施：精心操作；适当增加模量；通过热处理提高材料的冲击韧性。3)部分骨折。在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线是一条对角线。轮齿加载后，如果有载荷集

5、中，就会发生局部断裂。如果制造和安装不良或轴的弯曲变形太大，齿轮齿的局部载荷太大，甚至直齿轮也会局部断裂。局部断裂，2020/8/4，中国地质大学：潘存云教授，机械设计，中国地质大学：潘存云教授，齿面接触应力按脉动周期变化。当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹，裂纹扩展，颗粒被高压油挤压剥离。点蚀首先发生在节线上，齿面越硬，抗点蚀能力越强。软齿面封闭式齿轮传动经常因点蚀而失效。齿面点蚀，失效形式和设计准则10-2齿轮齿，齿轮齿断裂，失效形式，1。齿轮齿失效形式，2020年8月4日，机械设计，封闭齿轮传动中齿面点蚀，点蚀经常发生。软齿面封闭式齿轮传动经常因点蚀而失效。开式齿轮传动不容易发生。点蚀：齿

6、面材料在接触应力变化的作用下疲劳产生的点蚀损伤现象。原因：齿面接触应力过大；当裂纹出现时，油渗透到裂纹中，产生楔形裂纹。预防措施：提高齿面硬度；增加齿廓曲率半径(降低接触应力)；增加油的粘度(有利于油膜的形成，分离两个齿面，粘度高的油不容易渗入裂纹)。2020/8/4中国地质大学特约作者：潘存云教授，机械设计，中国地质大学特约作者：潘存云教授，潘存云教授开发，齿面点蚀，齿面胶合，在高速重载传动中，润滑失效往往是由于啮合区温度升高，造成齿面间直接接触和相互粘连。当牙齿面对面滑动时，较软的牙齿表面沿着滑动方向被撕开以形成凹槽。10-2齿轮齿的失效形式和设计标准，齿轮齿断裂，失效形式，1。齿轮齿的失

7、效形式，2020/8/4，机械设计，齿面结合：啮合齿面上的金属在一定压力下相互直接接触。当齿面相对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕裂形成凹槽。原因：温度过高，导致油膜破裂。热涂胶：高速重载，齿面摩擦，发热量大；冷涂胶：低速重载，速度太低，不易产生油膜。预防或改善措施：对于低速和重载，可以改善油的粘度；对于高速重载，可以使用抗粘能力强的油；采用抗胶合能力强的材料，合理搭配齿轮；提高齿面硬度。由潘存云教授开发，中国地质大学特约作者：潘存云教授，机械设计，中国地质大学特约作者：潘存云教授，由潘存云教授开发，研究齿面胶合、齿面磨损、磨粒磨损、磨合磨损和磨粒磨损。齿面点蚀，失效形式和设计准则10-2齿轮

8、齿，齿轮齿断裂，失效形式，1。齿轮齿失效形式，2020年8月4日，机械设计、齿面磨损、磨粒磨损和磨合磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。原因：沙子和金属颗粒进入啮合齿面，导致磨损。预防或改善措施：增加齿面硬度；采用封闭式传动或加防护罩；改善润滑条件。，由潘存云教授开发，中国地质大学特约作者2020年8月至4月：潘存云教授，机械设计，中国地质大学特约作者：潘存云教授，由潘存云教授开发，齿面胶合，齿面磨损，齿面点蚀，10-2齿轮齿的失效模式和设计准则，齿面断裂，失效模式，齿面塑性变形表面凹陷，2020年8月4日，机械设计，塑性变形：齿面材料的塑性流动导致齿面塑性变形。原因：牙齿表面太软；负载太大。预

9、防措施：提高齿面硬度；提高油的粘度。由潘存云教授开发，由潘存云教授开发，由潘存云教授开发，具有凸面和凹面。2020年8月至4月中国地质大学特约作者：潘存云教授，机械设计，摘要：一对实际啮合的齿轮不可能同时产生上述五种失效模式。在特定工况下，主要采用上述五种失效模式中的一种或两种。主要失效形式：开式传动；齿面磨损和齿轮断齿；封闭式传动：软齿面(HBS350)钢齿，点蚀；硬齿钢齿或铸铁，齿轮齿断裂。高速重载：胶合重载软齿：塑性变形，2020/8/4，中国地质大学特约作者：潘存云教授，中国地质大学机械设计特约作者：潘存云教授，2。齿轮设计准则，为保证齿根有足够的弯曲疲劳强度，避免齿根断裂，保证齿面有

10、足够的接触疲劳强度，避免齿面点蚀，从工程实践来看：为了保证齿面的接触疲劳强度，高速重载齿轮传动除了上述两个设计准则外，还应根据齿面的抗胶合能力进行设计。封闭硬齿面或开式齿轮传动应主要保证齿根的弯曲疲劳强度。中国地质大学特约作者：潘存云教授，机械设计，1。防止点蚀的设计标准：接触疲劳强度标准，HH；防止断裂：齿根弯曲疲劳强度准则。2.计算特点(1)封闭式软齿面钢齿：主要基于接触疲劳强度准则；(2)封闭硬齿钢齿或铸铁：基于弯曲疲劳强度准则；(3)开式传动：弯曲疲劳强度准则是主要准则，考虑到磨损的影响，适当增加模量。(1015%) 3。理论弯曲疲劳强度计算：悬臂梁接触疲劳强度理论：赫兹理论，2020

11、/8/4中国地质大学特约作者：潘存云教授，机械设计，中国地质大学特约作者：潘存云教授，首先，对于齿轮材料性能的要求，齿轮齿体应具有较高的抗断裂能力，齿面应具有较强的抗点蚀能力。10-3齿轮材料及选择标准，常用齿轮材料，锻钢、铸钢、铸铁，常用作低速、轻载和不太重要场合的齿轮材料；适用于高速、轻载和降噪。非金属材料。钢是常用的齿轮材料，具有良好的韧性和抗冲击性，通过热处理和化学处理可以提高其机械性能，最适合制造齿轮。具有良好的耐磨性和强度，常用于大型齿轮。碳含量为0.15%和0.6%的碳钢或合金。普通齿轮用碳钢，重要齿轮用合金钢。2020/8/4中国地质大学：潘存云教授，机械设计，常用材料(1)钢

12、：45、40Cr、40Cr、ZG310570、ZG340640等。(2)铸铁：HT250、HT300、HT350、QT5005、QT6002、ZG310-570 (3)非金属材料：如编织塑料、尼龙等。，2020/8/4中国地质大学：潘存云教授，机械设计，由潘存云教授开发，2020/8/4中国地质大学：潘存云教授，机械设计，由潘存云教授开发，2020/8/4中国地质大学：机械设计，中国地质大学：潘存云教授，热处理方法，表面淬火，渗碳淬火，回火，正火，渗氮，一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45，40Cr等。表面淬火后，齿变形小，不会磨损，硬度可达5256HRC，表面坚硬，芯部柔软，能承受一定的冲击载荷。1.表面淬火、高频淬火和火焰淬火；3.齿轮材料的热处理和化学处理：2.渗碳和淬火。渗碳钢是碳含量为0.15%和0.25%的低碳钢和低