机械设计基础第10章

第十章齿轮传动第一节齿轮传动的失效形式和计算准则第二节齿轮的材料及热处理第三节齿轮传动的精度第四节直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷第五节直齿圆柱齿轮传动的强度计算第六节斜齿圆柱齿轮传动的强度计算第七节直齿圆锥齿轮传动的强度计算第八节齿轮的结构第九节齿轮传动的润滑及效率第十节圆弧齿轮传动简介第十一节渐开线圆柱齿轮传动计算辅助设计简介机械设计基础10第一节齿轮传动的失效形式和计算准则齿轮传动的失效形式⒈轮齿折断⒉疲劳点蚀⒊齿面胶合⒋齿面磨粒磨损⒌齿面塑性变形开式传动齿轮外露，不能保证良好润滑，且灰尘、杂质易使齿面较快磨损，因而只宜用于低速传动。半式传动齿轮封闭，可保证良好润滑、密封和工作环境。10第二节齿轮的材料及热处理常用的齿轮材料是钢、铸铁，有时也采用非金属材料。一、钢及其热处理优质碳素钢合金结构钢表面淬火渗碳淬火调质正火渗氮软齿面铸钢毛坯10二、铸铁三、非金属材料一般用于高速、轻载的齿轮传动。可以明显降低噪声。常用材料有尼龙、夹布胶木等。灰铸铁：铸造性能、加工性能、减磨性能、抗点蚀和抗胶合性能均较好；但抗弯强度、耐冲击和面磨损性能较差。球墨铸铁：有较高的力学性能，有时用来代替铸钢。1010第三节齿轮传动的精度渐开线圆柱齿轮和锥齿轮精度有12个精度等级；根据运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性的要求，每个等级的公差分三组。10第四节直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷一、齿轮上的作用力10圆周力径向力法向力作用在主动轮和从动轮上各对力的大小相等，方向相反（如右图）。costan211tntrtFFFFdTF10二、计算载荷修正载荷的系数，包括使用系数KA、动载系数KV、齿间载荷分配系数Kα及齿向载荷分布系数Kβ。则⒈使用系数KAKKKKFKFFVAnnnca考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。1010⒉动载系数KV32.3)ln(852.2)ln(14.1)ln(504.0ptnfmzC考虑齿轮制造精度、运转速度对轮齿内部附加动载荷影响的系数。10⒊齿间载荷分配系数Kα考虑同时啮合的各对轮齿是载荷分配不均匀影响的系数。10⒋齿向载荷分配系数Kβ考虑沿齿宽方向载荷分布不均对应力影响的系数。1010第五节直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿弯曲疲劳强度计算⒈计算依据⒉齿根弯曲应力计算式中FPFbmFYbShFWMtFaFFaFanF2061coscos)(cos)(62mSmhYFFaFaFa10齿根计算弯曲应力为)/(2mmNYYbmKFSaFatF10⒊轮齿弯曲疲劳强度计算导出按模数设计的公式)/(222131mmNFPYYzmKTSaFadF)(23211mmYYzKTmFPSaFad10⒋轮齿弯曲疲劳许用应力)/(2minlimmmNYYYYYSxRrelTrelTNTSTFFFP101010二、齿面接触疲劳强度计算⒈计算依据⒉齿面接触应力计算整理后，齿面接触疲劳的理论应力HPH2221212101111EEbFnHuubdFZZtHEH11010小轮大轮uudKTZZZZdEHBH123111uudKTZZZZdEHDH12311210⒊齿面接触疲劳强度计算设计公式为⒋轮齿接触疲劳许用应力1311112HPdEHBHuudKTZZZZXWRvLNTHHHPZZZZZZSminlim3211112HPEHBdZZZZuuKTd101010⒈小齿轮齿数z1的选择⒉齿宽系数φd的选择⒊模数的选择⒋对修正载荷、修正计算应力、修正许用应力的系数和疲劳极限等数据⒌设计步骤10三、齿轮传动设计参数的选择和设计步骤设计要求：确定齿轮传动的主要参数、几何尺寸、齿轮结构、精度等级，最后绘出工作图。1)选择齿轮材料、热处理及精度等级2)承载能力计算3)当用设计公式初步计算齿轮的分度圆直径d1时的各系数4)计算齿轮的几何尺寸5)确定齿轮的结构尺寸6)绘制齿轮的工作图10第六节斜齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿的受力分析)cos/(cos)cos/(coscos/tancos/tantancos//211bttntnntantnrttFFFFFFFFFFFdTF1010二、齿根弯曲疲劳强度计算核算公式设计公式FPSaFanFYYYYzbmKT121cos232121cos2FPSaFadnYYYYzKTm10三、齿面接触疲劳强度计算核算公式设计公式HPdEHBHuuudKTZZZZZ12311321112HPEHBdZZZZZuuKTd1010第七节直齿圆锥齿轮传动的强度计算一、轮齿上的作用力11111111111sintansincostancos/2tatrmtFFFFFFdTF1010二、轮齿弯曲疲劳强度计算核算公式设计公式FPSaFaRRFYYumzKT1)5.01(42321213221211)5.01(4FPSaFaRRYYuzKTm10三、齿面接触疲劳强度计算核算公式设计公式HPRREHBHudKTZZZZ3121)5.01(432211)5.01(4HPEHBRRZZZZuKTd10第八节齿轮的结构一、锻造齿轮⒈齿轮轴10⒉盘式齿轮10⒊辐板式齿轮10二、铸造齿轮1010第九节齿轮传动的润滑及效率一、齿轮传动的润滑⒈闭式齿轮传动的润滑⑴润滑方式的选择10⑵润滑油的选择⒉开式齿轮传动的润滑——人工定期加油润滑10二、齿轮传动的效率闭式齿轮传动的功率损耗包括：总效率为轮齿啮合磨擦损耗轴承中的磨擦损耗齿轮的搅油损耗3211010第十节圆弧齿轮传动简介一、单圆弧齿轮传动10圆弧齿轮传动具有下列特点：1)圆弧齿啮合时，理论上为点接触，实际摩合后为面接触。2)单圆弧齿啮合传动时，只有一条平行于齿轮轴线的啮合线。3)比渐开线齿轮具有较高的抗疲劳点蚀能力。4)有利于油膜形成，齿面磨损小，磨擦损失小，传动效率高。5)无根切现象，小齿轮齿数可以很少，因此可减少齿轮尺寸。6)加工主要为滚切，且只需一把滚刀。1sintanntmbmb10二、双圆弧齿轮传动10第十一节渐开线圆柱齿轮传动计算机辅助设计（CAD）简介一、确定适用范围1)齿面硬度350HBS允许轮齿表面有一定的点蚀；2)模数m=1~50mm之间（第一系列）；3)齿轮材料限于：碳素钢调质或正火，合金钢调质，合金铸钢，碳素铸钢。二、指定程序变量名称（见教材表10-14）三、画主程序流程图（见教材图10-27）四、编制标准直齿、斜齿圆柱齿轮通用设计程序（源程序）