第12章齿轮传动w.

第12章齿轮传动12.1概述12.2齿轮传动的主要参数12.3齿轮传动的失效形式12.4齿轮材料及其热处理12.6圆柱齿轮传动的载荷计算12.7直齿圆柱齿轮传动的强度计算12.10齿轮传动的效率和润滑12.11齿轮结构12.9直齿锥齿轮传动12.8斜齿圆柱齿轮传动的强度计算#重点：失效形式、受力分析、设计准则、强度计算。总要求：会设计齿轮传动12.1概述应用广泛12.1.1特点优点：1.效率高（达99％）；2.工作可靠，寿命长；3.瞬时传动比为常数；4.结构紧凑；5.功率和速度范围很广。缺点：1.精度低时，振动和噪声较大；2.生产成本较高，制造和安装要求高；3.不适用于中心距大的传动。齿轮的发展史实例12.1.2分类表12.1齿轮传动的分类按轴的布置方式分平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动齿线相对于母线方向直齿，斜齿，人字齿，曲线齿按齿廓曲线分渐开线齿，摆线齿，圆弧齿工作条件分闭式传动，开式传动，半开式传动按齿面硬度分软齿面(≤350HB），硬齿面(350HB）按传动比：定传动比、变传动比1.传动平稳；2.承载能力高。12.1.3基本要求思考：1、软齿面、硬齿面是如何划分的？2、何谓闭式传动、开式传动？12.2齿轮传动的主要参数12.2.1主要参数基本齿廓－见表12.2为基本齿条的齿廓。模数－见表12.3中心距－见表12.4为荐用中心距系列传动比，齿数比－1212'1'221zzddddnni小齿轮齿数）大齿轮齿数）((12zzu减速传动：i1,且iu1变位系数－x为正，正变位；x为负，负变位。高度变位齿轮传动，角度变位齿轮传动。i1,且u=i；增速传动：12.2.2精度等级的选择GB10095—88和GB11365—89：12个精度等级，每个精度等级都有三个公差组：第一公差组——运动准确性精度；第二公差组——传动平稳性精度；第三公差组——载荷分布均匀性精度。精度等级的选择，见表12.5，12.6。动力齿轮传动—可按用途、v选择轮齿折断齿面损伤齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）齿面胶合齿面磨粒磨损齿面塑性流动12.3.1轮齿折断现象：①局部折断②整体折断12.3齿轮传动的失效形式部位：齿根处疲劳折断过载折断12.3.1轮齿折断发生部位：齿根部。发生工况：动力齿轮传动的主要失效形式之一。12.3齿轮传动的失效形式12.3.2齿面接触疲劳磨损（点蚀）点蚀的产生过程：点蚀的发生部位：靠近节线的齿根部分表面上受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。12.3齿轮传动的失效形式软齿面齿轮：收敛性点蚀，相当于跑合；跑合后，若σH仍大于[σH]，则成为扩展性点蚀。硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。——扩展性点蚀开式传动：无点蚀（∵v磨损v点蚀）闭式传动12.3齿轮传动的失效形式点蚀的后果：------闭式齿轮传动的主要失效形式。分类：收敛性点蚀和扩展性点蚀。提高齿面抗点蚀能力的措施：1）提高齿面硬度和降低表面粗糙度；2）在许可的范围内采用大的变位系数，以增大综合曲率半径；3）采用粘度较高的润滑油；4）减小动载荷等。发生工况：12.3齿轮传动的失效形式12.3.3齿面胶合产生过程：齿面相对滑动部位：发生工况：防止或减轻胶合的措施：靠近节线的齿顶面上。闭式传动：高速重载或低速重载（如航空发动机减速器的主传动齿轮）12.3齿轮传动的失效形式12.3.4齿面磨粒磨损措施：发生工况：开式齿轮传动的主要失效形式。后果：正常齿形被损坏，噪声增大，冲击大，最后导致折断。12.3.5齿面塑性流动低速重载、频繁启动和过载(较软的齿面）闭式传动12.3齿轮传动的失效形式齿面较软时，重载下，Ff↑——材料塑性流动（流动方向沿Ff）主动轮1：齿面相对滑动速度方向指向节线Ff背离节线，塑变后在齿面节线处产生凹槽。12.3齿轮传动的失效形式轮齿弯曲疲劳折断、磨粒磨损、轮齿弯曲疲劳折断12.3.6计算准则闭式传动－接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算开式传动－弯曲疲劳强度计算闭式传动主要失效：开式传动主要失效：疲劳点蚀、胶合12.3齿轮传动的失效形式一、分类二、主要参数三、失效形式练习题：1、闭式齿轮传动的主要失效形式有哪些，开式齿轮传动的主要失效形式有哪些？12.4齿轮材料及其热处理12.4.1齿轮材料齿轮材料应具备的条件：齿面要硬;齿芯要韧，加工工艺及热处理工艺性好，价格低。1.钢：碳素结构钢、合金钢、铸钢；2．铸铁：灰铸铁、球墨铸铁；3．非金属材料。常用材料：1）软齿面齿轮≤350HB中碳钢、中碳合金钢：40、45等40Cr、40MnB、20Cr等特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造成本低；常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。2）硬齿面：＞350HB低碳、中碳钢：20、45等低碳、中碳合金钢：20Cr、20CrMnTi、20MnB等12.4.2齿轮热处理调质、正火软齿面。整体淬火、表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗硬齿面。常用热处理方法：特点：齿面硬度高、承载能力高;适用:对尺寸、重量有较高要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。12.4.2齿轮热处理相啮合的一对齿轮齿面硬度的选择：HBHBHB50~20121）软齿面：（21212HBHBHBHB略大于或）硬齿面：（1）使大、小齿轮寿命接近；2）减摩性、耐磨性好；3）小齿轮可对大齿轮起冷作硬化作用。举例：起重机减速器：小齿轮45钢调质HB230~260大齿轮45钢正火HB180~210•机床主轴箱：•小齿轮40Cr或40MnB表淬HRC50~55大齿轮40Cr或40MnB表淬HRC45~50FtFr12.6圆柱齿轮传动的载荷计算12.6.1直齿圆柱齿轮传动的受力分析ααω1ω1FtFtFrFrFnFn12.6.1直齿圆柱齿轮传动的受力分析作用点：节点力的大小：方向：112dTFttantrFFcostnFF从动轮：Ft2=-Ft1，Fr2=-Fr1，Fn2=-Fn1方向：圆周力FtFt1与ω1反向（阻力）Ft2与ω2同向（动力）径向力Fr：外齿轮指向各自轮心；内齿轮背离轮心。Ft2Ft1Fr2Fr1×○Ft2⊙Ft1n1n2n1n2练习：Fr1Fr212.6.2斜齿圆柱齿轮传动的受力分析作用点：节点大小：方向：Fa1方向图12.8tancostantan211tantttrtnFFFFFdTFFcoscoscoscosntbttnFFF斜齿轮传动图12.6.3计算载荷计算载荷：名义载荷乘以载荷系数K后即为计算载荷。ttcKFFKKKKKVA1．使用系数KA用以考虑动力机和工作机的运转特性、联轴器的缓冲性能等外部因素引起的动载荷而引入的系数。见表12.92．动载系数KV考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差（基节误差、齿形误差、轮齿变形）和运转速度而引起的内部附加动载荷而引入的系数。分析：由于误差的影响而使，此时ω1恒定，ω2则忽大忽小，从而产生附加动载荷。21bbpp影响动载荷大小的主要因素：齿轮的圆周速度、质量、精度等级。齿轮的圆周速度越高，精度越低，质量越大，动载荷越大。3．齿间载荷分配系数kα4.齿向载荷分布系数kβ1）重要齿轮采用修缘齿。2）提高齿轮的加工精度，减轻质量，尽量减小圆周速度。考虑到同时啮合的各对齿之间载荷分配不均匀而引入的系数。其值见表12.10考虑沿轮齿接触线方向载荷分布不均匀而引入的系数。KHβ,KFβ,见表12.11－12.14。减少动载的措施：1）一对啮合齿轮中一个齿轮的轮齿鼓形修正；2）合理布置齿轮的位置（远离转矩输入端，尽量减小悬臂长度）；3）提高轴、轴承和机座的刚度；4）提高制造和安装精度；合理选择齿宽。引起载荷分布不均匀的原因：轴的弯曲变形；轴的扭转变形；轴承的弹性移位及制造和安装误差。减少载荷分布不均匀的措施：计算点：节点图12.15齿面接触疲劳强度计算简图Oρ2ρ1ρO1O212.7直齿圆柱齿轮传动的强度计算12.7.1齿面接触疲劳强度计算1.计算公式:赫兹公式:AECHHEEbF22212111112.7直齿圆柱齿轮传动的强度计算12.7.1齿面接触疲劳强度计算1.计算公式:HHEEbF2221211111）节点处一般仅一对齿啮合，承载较大。2）点蚀往往在节线附近的齿根表面出现。∴接触疲劳强度计算通常以节点为计算点。一对齿轮→一对N1、N2为心，ρ1=N1C、ρ2=N2C为半径的两圆柱体在节点处的接触。接触线总长Lb2ZbL将各参数代入（12.7）且引入载荷系数K得：法向力nFFcos2cos11dTFFtnuud1tancos21'112.7.1齿面接触疲劳强度计算O1O2N1N2Cd1’d2’ρ2ρ1α’α’设计公式：（12.9）321112HHEdZZZuuKTdHHEHuubdKTZZZ12211强度验算公式：（12.8）1dbd引入12.7.1齿面接触疲劳强度计算1）标准传动和变位传动均适用；2）接触强度取决于齿轮的直径（或中心距）；3）“+”用于外啮合，“-”用于内啮合；2.参数选择（1）弹性系数ZE，见表12.12（2）节点区域系数图ZH，12.16][],[min21HHH公式说明：4）21HH；（3）Zε，34Z（4）齿宽系数ψd1dbd式12.8b1=b2+(5~10)mm，b=b2承载一定：b↑d1一定：，v↓，Kv↓d1↓a↓→ψd↑→b↑，σH↓ψd↓→b↓，σH↑但ψd↑↑→b↑↑，易承载不均，Kβ↑∴应合理选用ψd3.HminlimHNHHSZlimH——失效概率为1%时，接触疲劳极限ZN——接触寿命系数应力循环次数—NL载荷稳定：hLntN60载荷不稳定：mihiniiVLTTtnNNmax160γ——齿轮每转一周，同侧齿面啮合次数4．分度圆直径的初步计算321112HHEdZZZuuKTd设计计算：b、d1未知→KHβ（b、d1）、Kv（v、精度）、Zε(εα)未知→无法应用设计式计算aEMPZ8.189（钢制）5.2HZ2~2.1K，（标准）1Z)1(2）若为其他材料配对时，将说明：1）12.14适用于直齿或斜齿圆柱齿轮；dA乘以修正系数，dA及修正系数见表12.16；3）许用应力：lim9.0HH（12.15）32111uuTAdHdd(12.14)12.7.2齿根弯曲疲劳强度计算1.计算公式断裂部位：齿根处1）轮齿为悬臂梁（长l，宽b）2）载荷由一对轮齿负担（实际上εα1，多对齿啮合，用重合度系数Yε考虑其影响）（1）、基本假定αFlσbσcFnFncosαFs+__FnsinαF危险截面αFlσbσcFnFncosαFs+__FnsinαF危险截面3）载荷作用于齿顶（最危险情况）危险截面：齿根（30°切线法）FnFnFcos：使齿根受弯→弯曲应力σb受剪→切应力τFnFsin：使齿根受压→压应力σccb，认为bF其它应力在应力修正系数Ysa中考虑（2）、公式推导[]FbFMWcoscos2coscoscos11FFtFnldTlFlFM计入K、Ysa、Yε：YYlbsdKTYYKWMsaFsabFcoscos62211YYYmbdKTsaFa112][FsaFatYYYbmKF1dbd11mzd、以代入：3211][2YYYzkTmsaFaFd——设计式标准化YYmsmlmbdKTsaFcoscos62211FaY齿形系数———校核式图1