机械设计基础课件齿轮传动.ppt

2004-2005第一学期,编制：吕亚清,1,机械设计基础,主讲：吕亚清 机械工程学院 机械基础研究室,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,2,第十一章 齿轮传动,111 概述 112 齿轮的材料及热处理 113 轮齿失效形式及设计准则 114 齿轮传动的精度 115 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 116 直齿圆柱齿轮强度计算 117 齿轮的构造 118 齿轮传动的润滑和效率,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,3,按工作 条件 分 类,按载荷 情况 分 类,闭式传动,硬齿面 HBS350,开式传动,齿轮传动的分类:,低速轻载: V13m/S ; Fn510KN,中速中载: 3m/SV10m/S ;,10KNFn50KN,高速重载: V10m/S ; Fn50KN,软齿面 HBS350, 111 概 述,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,4,轮齿材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧,锻钢-（中低碳钢、合金钢） 1.齿表面硬度大齿轮25-50HBS 常用材料：45，35SiMn, 40Cr,35CrMn.,2. 齿表面硬度350HBS的齿轮 热处理：淬火,表面淬火-40-60HRC 常用材料：45，35SiMn, 40Cr, 20CrMnTi, 112 齿轮的材料和热处理,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,5,轮齿材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧,铸钢 热处理：正火，回火 材料：ZG310-570,ZG340-640 应用：大尺寸齿轮（400-600）,铸铁 材料：HT200,HT300,QT500-7 应用：开式、低速、无冲击场合,非金属材料 材料：夹布胶木、尼龙 应用：高速、轻载、要求噪声低, 112 齿轮的材料和热处理,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,6,钢制齿轮加工工艺过程,硬齿面齿轮：,坯料热(正)切齿表面硬化处理(淬火、氰化、 氮化)精加工（磨齿）,软齿面齿轮： 坯料热(正、调)切齿(一般8级、精切7级),2004-2005第一学期,编制：吕亚清,7,硬度,硬度：金属局部抵抗其它更硬物体压入其表面的能力 布氏硬度 HBS：硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的材料，一般 HBS450 HBW：硬度机压头为硬质合金钢球，适用于450650HBW HRC、HRB、HRA:洛氏硬度 120金刚石锥体，载荷150kgf, 不能测硬、脆的薄层零件 HV:维氏硬度 136 金刚石四角锥体，载荷小，5-30kgf 三种硬度单位之比较： HV(维氏) HBS(布氏)；HRC(洛氏)10 HBS,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,8,热处理方法,1 退火 降低硬度、提高韧性、细化晶粒、消除内应力 2 正火 用于处理低中碳钢，代替低中碳钢的退火。提高硬度，增加韧性， 易于切削，减少应力,3 淬火（蘸火） 提高硬度和耐磨性、但内应力增大，会发脆，应再回火 4 回火 消除淬火后的内应力，以获得零件所需的性能，提高韧性 低温回火：高强度、高硬度及良好的耐磨性 中温回火：高弹性、硬度中等 高温回火：强度、塑性、韧性都较好(调质淬火+高温回火),正火(空冷),退火(炉冷),回火,加热,保温,淬火,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,9,表面热处理,表面热处理：表面增硬，芯部韧 表面淬火法（火焰加热、感应加热） 化学热处理（渗碳、氮化、氰化.）,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,10, 113 轮齿的失效形式及计算准则,一、失效形式 1. 轮齿折断 2. 齿面磨料磨损 3. 齿面疲劳点蚀 4. 齿面胶合 5. 齿面塑性变形 二、计算准则,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,11,1. 轮齿折断,产生原因: 齿根弯曲应力大 齿根应力集中 折断类型: 疲劳折断反复应力疲劳裂纹轮齿疲劳折断 突然折断齿轮为脆性材料时，受到过载或冲击时产生 变形折断制造或安装不准确，以及轴的变形引起 发生部位： 轮齿根部(全齿折断)、缺角(斜齿轮局部折断),采取措施: 增大齿根过渡圆角、消除加工倒痕减小应力集中 增大轴及支承的刚性受载均匀 合适热处理齿芯具有足够韧性、表面强化,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,12,2. 齿面磨料磨损,发生机理： 磨料(沙粒、铁屑等)进入啮合区齿面磨损 齿形破坏 齿根减薄（根部严重）断齿 发生部位：齿面 发生状况： 开式齿轮传动的主要失效形式,采取措施: 加强润滑 开式改闭式传动,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,13,3 . 齿面疲劳点蚀,产生原因: 轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大 滑动速度低形成油膜条件差 接触疲劳产生麻点 发生部位： 偏向齿根的节线附近 闭式齿轮传动的主要破坏形式 开式传动中一般不会出现点蚀现象,采取措施: 提高材料硬度增强抗点蚀能力 合理选择润滑油防止裂纹扩展,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,14,4. 齿面胶合,产生原因: 高速重载；散热不良； 滑动速度大；齿面粘连后撕脱 发生部位： 沿运动方向撕裂,采取措施: 减小模数，降低齿高 抗胶合能力强的润滑油 材料的硬度及配对,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,15,产生原因： 齿面较软，载荷及摩擦力又很大 齿面沿摩擦力方向塑性变形主凹、从凸,发生状况： 低速重载软齿面闭式传动的主要破坏形式。,5. 齿面塑性变 形,采取措施： 提高齿面硬度 采用粘度较大的润滑油,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,16,防齿面点蚀齿面接触疲劳强度计算求尺寸d或a 限制接触应力 防轮齿折断齿根弯曲疲劳强度计算求模数 限制弯曲应力,闭式软齿面以保证接触疲劳强度为主 闭式硬齿面 以保证弯曲疲劳强度为主 开式传动 以保证弯曲疲劳强度为准则,二、计算准则,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,17,相对运动 储存润滑剂,组: 传递运动的准确性 组: 传递运动的平稳性 组: 载荷分布的均匀性,12级, 常用69级,二.齿轮精度,三. 齿轮副侧隙,一.齿轮精度等级,标准齿轮:理论上 (分度圆)齿厚=齿槽 实际上齿厚齿槽,齿轮副侧隙 齿厚减簿,精度等级的选择表11-2 P.162,114 齿轮传动的精度,安装制造误差影响正常工作 精度,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,18,11-5 直齿圆柱齿轮传动作用力及计算载荷,Fr,Fn,Ft,设一对标准齿轮正确安装 ， 齿廓在C点接触，略去f不计 轮齿间的总压力为n , 沿啮合线 指向齿面,一. n 的分解：,对n进行分解：,沿半径方向指向齿面,沿分度圆切线方向指向齿面,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,19,Ft2T11 (11-1) FrFtg Fn Ft cos 1:小齿轮转矩mm, 1:小齿轮分度圆直径mm, :压力角,P功率kw，转速r/min,二. 作用力的大小：,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,20,三. 作用力的方向及判断,与1 反向 与2 同向,t2 (从):,由啮合点指向轮心 (外),Ft2,Fr2,Fr1,Ft1,Fr1,Fr2,Ft2,示意图,Ft1,C,1,2,Ft2,Ft1,Fr2,Fr1,V,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,21,计算载荷: Fca = KFn Fn名义载荷 K载荷系数,查表11-3 P.164,四. 计算载荷,载荷系数用以考虑以下因素的影响： 考虑原动机和工作机的工作特性、轴和联轴器系统的质量和刚度以及运行状态等外部因素引起的附加载荷； 考虑齿轮副在啮合过程中因制造及啮合误差（基圆齿距误差、齿形误差和轮齿变形等）和运转速度而引起的内部附加载荷； 考虑由于轴的变形和齿轮制造误差等引起载荷沿齿宽分布不均匀的影响； 考虑同时参与啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀的影响。,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,22,一、齿面接触疲劳强度计算,轮齿齿面的接触疲劳强度计算近似以节点为准。应用弹性力学赫兹公式并整理得：,设计公式：,验算公式：,说明: 当一对齿轮的材料、传动比、齿宽系数一时，轮齿的表面接触强度仅取决于小轮分度圆直径d1。 H1=H2 ; H1 H2以较小H值代入计算。,11-6 直齿圆柱齿轮强度计算,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,23,二、齿根弯曲疲劳强度计算,1. 力的分析,YF为齿形系数，与压力角、齿顶高系数、齿数有关，而与模数无关。见P173图8-44。,弯曲应力,2. 强度计算,F,法向力Fn,FH = FncosF（弯曲） Fv = FnsinF（压缩）,忽略,2004-2005第一学期,编制：吕亚清,24,设计公式：,验算公式：,说明： 1） 接触应力H1= H2 ，弯曲应力F1F2 （两轮分别校核） 2） 材料不同,通常 H1H2,F1F2 计算时以H的小值及YF/F的大值代入 3） Z1传动平稳性，m 弯曲强度 设计时：软齿面 Z1取稍大值为好 Z1=2440