齿轮传动ppt教程

第十章齿轮传动§10-1概述§10-2齿轮传动的失效形式及设计准则§10-3齿轮的材料及其选择§10-4齿轮传动的计算载荷§10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算§10-6齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择§10-8标准锥齿轮传动的强度计算§10-11齿轮传动的润滑§10-10齿轮的结构设计§10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算§10-1概述1一、齿轮传动的特点4）传动比稳定5）工作平稳、可靠1）效率高3）寿命长§10-1概述6）结构紧凑优点缺点1）制造及安装精度要求高2）中心距较小二、齿轮传动的分类按轴的布置分平行轴齿轮传动相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动2）功率大概述2各类齿轮图片按齿向分：直齿轮传动斜齿轮传动人字齿轮传动按工作条件分：闭式传动开式传动软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）按齿面硬度分：概述半开式传动——封闭在箱体内，润滑条件好——外露，润滑较差，易磨损——介于上两者之间,有防护罩2.强度要足够保证寿命期内不失效（结构尺寸、材料选择的问题）三、两个基本问题1.传动要平稳保证传动比稳定（制造、安装精度的问题）齿轮传动的失效形式及设计准则现象：主动轮上形成凹沟——摩擦力分别朝向齿顶和齿根5.齿面塑性变形(低速重载软齿面)动画措施：1）提高齿面硬度；2）采用高粘度极压润滑油措施：1）采用抗胶合能力强的润滑油（加极压添加剂）；2）降低滑动速度；3）提高齿面硬度；4）改善润滑与散热条件。滚压塑变锤击塑变从动轮上形成凸棱——摩擦力由齿顶和齿根朝向中间原因：齿面较软、重载设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则注：对高速重载传动，还应按齿面抗胶合能力进行计算。二、设计准则1）闭式传动硬齿面：按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度软齿面：按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。2）开式传动：一般只计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数。§10-3齿轮的材料及其选择§10-3齿轮的材料及其选择对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧。一、常用的齿轮材料钢：铸铁：（见表10－1）用于低速、轻载、不太重要的场合；非金属材料：如尼龙、塑料等。适用于高速、轻载、精度要求不高、且要求降低噪音的场合。常用材料最常用；碳钢合金钢（见表10－1）二、常用的热处理方法齿轮的毛坯：锻造铸造：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮。：适用于中、小尺寸的齿轮。调质、正火：－－得软齿面，强度低，工艺简单。齿轮的材料及其选择原则2三、齿轮材料选用的基本原则齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高30～50HBS。硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮等：－－得硬齿面，强度高。淬火后需磨齿，工艺复杂。适用于中碳钢适用于低碳钢不需磨齿齿轮的材料及其选择§10-4齿轮传动的计算载荷§10-4齿轮传动的计算载荷一、几个概念名义载荷(理论载荷)：nFncaKFF计算载荷(考虑实际因素的载荷)：caF其中，载荷系数KKKKKVA平均名义载荷：pLFpn平均计算载荷LKFKppnca式中：KA─使用系数─动载系数Kβ─齿向载荷分布系数υK─齿间载荷分配系数KnF齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷二、载荷系数K1.使用系数KA2.动载系数KV★产生原因：瞬时传动比不是定值产生冲击和动载荷1)由制造、安装误差所引起的法向齿距不等2)单、双齿啮合的过渡—啮合刚度变化——动载荷★反映原动机和工作机的性能对轮齿所受实际载荷大小的影响系数(外部的影响因素)。★反映齿轮传动过程中的动载荷带来的影响系数（内部的影响因素）。KA可由表10-2查得齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷★减小动载荷的措施：1）对齿轮轮顶进行修缘2）提高制造安装精度3）降低圆周速度Kv一般可由机械设计手册查得，或参考图10-8齿轮传动的计算载荷双对齿啮合区——齿距误差（制造误差、弹性变形）——两对齿上载荷不是均匀分配(动画)齿轮传动的计算载荷3.齿间载荷分配系数Kα★产生原因：Kα可由表10-3查得4.齿向载荷分布系数Kβ★反映载荷在双对啮合区时齿对之间分配不均的系数。★反映载荷在同一轮齿上沿接触线分布不均的系数。1）提高制造精度2）提高齿面硬度★减小齿间载荷分配不均的措施：★产生原因：1）轴的弯曲变形轮相对轴承不对称布置时，这种不均匀现象更为显著齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷Kβ可由表10-4和图10-13查得2）轴的扭转变形（动画）靠近转矩输入端——轮齿扭矩变形大（动画）3）轴承及箱体的变形4）齿轮制造、安装误差★齿向载荷分布不均的措施：2）提高轴、轴承和箱体的刚度5）合理的选择齿宽1）提高齿轮的制造和安装精度3）合理布置齿轮在轴上的位置4）将齿侧沿齿宽方向进行修形§10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿的受力分析11t2dTFtantrFF啮合传动中，直轮齿的受力分析圆周力：径向力：costnFF法向力：1T－－为主动轮的名义转矩（N·mm）。式中：－－为主动轮的分度圆直径（mm）。1d主动轮的方向与其转向相反；tF从动轮的方向与其转向相同。tF径向力Fr的方向指向各自的轮心（外齿轮）。1.大小（10－3）§10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算2.方向直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算FF≤将轮齿简化为悬臂梁。按全部载荷作用于一对齿轮齿顶计算。Fca30°30°FcacosγFcasinγsh危险截面cF二、齿根弯曲疲劳强度计算不计齿根的压应力。6cos6cos220bShKFbShFWMncaFFatYbmKF令mKSS,mKhhcostnFFcoscos620ShtFKKbmKFYFa齿形系数，P200表10-5直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度考虑齿根处应力集中以及压应力和切应力的影响，引入应力校正系数Ysa，则：SaFatFYYbmKF应力校正系数，P200表10-5FatFYbmKF0渐开线越平与齿形相关(齿数和变位系数)、与模数m无关zdbd齿根宽度FaYx↑→齿根宽度↑→YFa↓直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度MPaYYbmKFFSaFatF][得：，令1111122dbmzTdTFdtMPaYYzmKTFSaFad][22131mmYYzKTmFSaFad3211][2——设计公式弯曲强度计算公式:——校核公式注意事项：1）F主要与b和m有关；许用弯曲应力2）相互啮合的两齿轮一般：F1F2；222111][,][max][FsaFaFsaFaFsaFaYYYYYY3）若F1F2取：4）一般B1B2，取接触齿宽bminB1；B2直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度6）提高齿轮弯曲疲劳强度的主要措施：Fm弯曲强度)(dbF弯曲强度(高强度材料、高热处理硬度)F][弯曲强度5)设计时：初选）（4.1~2.1tKtm计算计算几何尺寸按tmKKKV、、查取K计算3ttKKmmx↑→YFa↓→σF↓→弯曲强度↑直齿圆柱齿轮传动的强度计算]11[)11(22212121EELFH三、齿面接触疲劳强度计算详细说明直齿圆柱齿轮传动的强度计算1、基本公式：赫兹公式两圆柱体接触产生接触应力接触应力的特点：表面的局部的2、齿面接触应力的计算式中：ρ∑—啮合齿面上啮合点的综合曲率半径；ZE—弹性影响系数caEHpZ22212121111111EEZE，取kkkttrbOKABrk直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算通常按节点啮合进行计算2121111式中：sin2111dPNsin222dsin21111121duucaEHpZ1212zzddu其中：直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算,cos/bKFbKFptncacaEHpZ将以上各式代入赫兹公式：sin21cos1duubKFZtEuubdKFZZtHE11式中：cossin2HZ——节点区域系数，当=20时，ZH=2.54）一般B1B2，取接触齿宽bminB1；B2直齿圆柱齿轮传动的强度计算注意：1）H与b和d1（a）有关，而与z1和m单项无关；2）两齿轮H1=H2直齿圆柱齿轮传动的强度计算3、齿面接触疲劳强度条件MPaZZuubdKFHHEtH11——设计公式mmZZuuKTdHHEd321112——校核公式3）若H1H2，一般取HminH1；H2直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算5)设计时：初选）（4.1~2.1tK1td计算计算圆周速度按1tdKKKV、、查取K计算311ttKKdd6）提高齿轮接触疲劳强度的主要措施：1dH（1）接触强度（2）)(dbH接触强度(高强度材料、高热处理硬度)H][（3）接触强度(4)正传动（变位）(x1+x20)—σH↓→接触强度↑参数设计、许用应力与精度选择2．齿数z当d1已按接触疲劳强度确定时，z1↑m↓重合度e↑→传动平稳抗弯曲疲劳强度降低齿高h↓→减小切削量、减小滑动率因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数多一些好！闭式软齿面:z1=20~40闭式硬齿面和开式传动:z1=17~201．压力角↑→根部齿厚↑→有利于提高强度，但传动效率↓一、主要参数的选择§10-6齿轮传动参数设计、许用应力与精度选择参数设计、许用应力与精度选择在齿轮的设计计算中，要注意参数的处理模数和压力角必须是标准值；齿宽必须圆整；中心距应尽可能取整；分度圆直径计算时要足够精确。3．齿宽系数dd↑→齿宽b↑→有利于提高强度，但d过大将导致Kβ↑见表10－14。参数设计、许用应力与精度选择参数设计、许用应力与精度选择二、许用应力SKNlim参数设计、许用应力与精度选择一般取SH=1，SF=1.25~1.5KN——寿命系数弯曲疲劳寿命系数KFN查图弯曲疲劳寿命系数接触疲劳寿命系数KHN查图接触疲劳寿命系数其中，齿轮的工作应力循环次数N：N＝60njLhn为齿轮的转速，r/min；j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；Lh为齿轮的工作寿命（小时数）；参数设计、许用应力与精度选择参数设计、许用应力与精度选择弯曲疲劳强度极限值用σFE带入，查图齿轮的弯曲疲劳强度极限，图中的σFE＝σFlim·YST，YST为试验齿轮的应力校正系数；接触疲劳强度极限值σHlim查图齿轮的接触疲劳强度极限。σlim——疲劳极限，查表得参数设计、许用应力与精度选择参数设计、许用应力与精度选择三、齿轮的精度等级GB10095—88中对渐开线圆柱齿轮规定了12个精度等级，一般机械中常用7～8级，对精度要求不高的低速齿轮可使用9～12级。为保证侧隙要求，国标还规定了齿厚的上下偏差。有C、D、E、F、G、H、I、K、L、M、N、P、R、S等14种。齿轮精度分为：第一公差组：－－控制运动的准确性。第二公差组：－－控制传动的平稳性。第三公差组：－－控制载荷分布的均匀性。应遵循“需要＋可能”的原则。例如：8－7－7HKGB10095-88选择精度等级§10-7斜齿圆柱齿轮强度计算4§10-7斜齿圆柱齿轮传动的强度计算与直齿轮强度计算不同点：螺旋角β、当量齿数zv斜齿轮强度计算可以转化为当量直齿轮的强度计算标准斜齿圆柱齿轮强度计算§10-7斜齿圆柱齿轮