第10章齿轮传动wxd.ppt

《第10章齿轮传动wxd.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第10章齿轮传动wxd.ppt（99页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、1第第10章章 齿轮传动齿轮传动主要内容：主要内容：1.1.齿轮传动的特点、失效形式及设计准则齿轮传动的特点、失效形式及设计准则 2.2.齿轮传动的基本设计原理及强度计算方法齿轮传动的基本设计原理及强度计算方法 3.3.齿轮的结构及润滑方式齿轮的结构及润滑方式重点内容：重点内容：1.1.齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则 2.2.齿轮传动的受力分析齿轮传动的受力分析 3.3.标准直齿、斜齿圆柱齿轮传动的基本设计标准直齿、斜齿圆柱齿轮传动的基本设计 原理及强度计算方法原理及强度计算方法 2潘存云教授研制潘存云教授研制34 机械零件的接触强度机械零件的接触强度如齿轮、凸轮、滚

2、动轴承等。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。B 机械零件中各零件之间力的传递，总是通过两个机械零件中各零件之间力的传递，总是通过两个零件的接触形式来实现的。常见两机械零件的接触形零件的接触形式来实现的。常见两机械零件的接触形式为点接触或线接触。式为点接触或线接触。3潘存云教授研制潘存云教授研制 若两个零件在受载前是若两个零件在受载前是点点接触或接触或线线接触。受载后，接触。受载后，由于变形其接触处为一由于变形其接触处为一小面积小面积，通常此面积甚小而表，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。接触应力。这时零件强度称为这时零件强度称为接触强度

3、接触强度。F F 2 O2 1 O1 2 2 O2 1 1 O1 F F 2 2b sH1 变形量B接触失效形式常表现为：接触失效形式常表现为：疲劳点蚀疲劳点蚀后果：后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。低了承载能力、引起振动和噪音。初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹裂纹的扩展与断裂裂纹的扩展与断裂 油油金属剥落出现小坑金属剥落出现小坑机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在表层内约20m处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压，使裂纹加快扩展，终

4、于使表层金属呈小片状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑，这种现象称为渡劳点蚀。4潘存云教授研制潘存云教授研制b b由弹性力学可知，应力为：由弹性力学可知，应力为：222121211111EEbFnHs2121:令:22121代入化简得EEEEEsbEFnH)1(212bEFn418.0对于钢或铸铁取泊松比：对于钢或铸铁取泊松比：1=2=0.3,则有简化公式。则有简化公式。上述公式称为上述公式称为赫兹赫兹(HHertz)公式公式“+”用于外接触，用于外接触，“-”用于内接触。用于内接触。H HH H21Fn222121211111EEbFnHssbEFnH)1(212bEFn418.01Fnb

5、b2H HH H 5潘存云教授研制sbEFnH418.0H H-最大接触应力或最大接触应力或赫兹应力赫兹应力;212121212EEEEEb b-接触长度接触长度;F Fn n -作用在圆柱体上的载荷作用在圆柱体上的载荷;-综合曲率半径综合曲率半径;-综合弹性模量综合弹性模量;E1、E2 分别为两分别为两 圆柱体的弹性模量。圆柱体的弹性模量。接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为：HHHHHSlim,ssss而b bFn 6作用：作用：不仅用来传递运动、而且还要传递动力。不仅用来传递运动、而且还要传递动力。要求：要求：运转平稳、足够的承载能力。运转平稳、足够的承载能力。分分类类开式

6、传动开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润滑得到改善、适于非重要应用；裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。10-1 概述概述 半开式传动半开式传动闭式传动闭式传动全封闭、润滑良好、适于重要应用。按类按类型分型分按装置按装置型式分型式分按使按使用情用情况分况分软齿面齿轮软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传斜齿圆柱齿轮传锥齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动人字齿轮传动动力齿轮动力齿轮 传动齿轮传动齿轮 按齿面按齿面硬度分硬度分硬齿面齿轮硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。7齿轮

7、传动的特点：齿轮传动的特点：传动效率高传动效率高-可达可达99；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高；结构紧凑；结构紧凑；与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小 工作可靠，寿命长；工作可靠，寿命长；与各类传动相比 传动比稳定；传动比稳定；无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；制造及安装精度要求高，价格较贵。制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传动相比学习本章的目的学习本章的目的 本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传也就是要能够根据齿

8、轮工作条件的要求，能设计出传动可靠的齿轮。动可靠的齿轮。设计齿轮设计齿轮-设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。主要参数有：模数主要参数有：模数m、齿数、齿数z、螺旋角、螺旋角以及压力角以及压力角a a、齿高系数齿高系数h*a、径向间隙系数、径向间隙系数c*。8潘存云教授研制10-2 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断一般发生在齿根处，严重过载突然断裂、疲劳折断。一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 失效形式失效形式潘存云教授研制 9提高轮齿抗折断能力的措施：提高轮齿抗折断能力的措施：1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小

9、齿根增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根 应力集中；应力集中；2）增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀；增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性；采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺对，对齿根表层进行强化处理。采用喷丸、滚压等工艺对，对齿根表层进行强化处理。10潘存云教授研制潘存云教授研制齿面接触疲劳齿面接触疲劳齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处，齿面越硬，抗点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。

10、齿面点蚀齿面点蚀10-2 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 11齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。措施：措施：1.提高齿面硬度提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂加抗胶合添加剂高速10-2 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 12潘

11、存云教授研制齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损措施：措施：1.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度2.改善润滑条件，清洁环境改善润滑条件，清洁环境磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损跑合磨损、磨粒磨损。齿面点蚀齿面点蚀10-2 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 3.提高齿面硬度提高齿面硬度 13潘存云教授研制从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀10-2 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折

12、断失效形式失效形式齿面塑性变形齿面塑性变形一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 表面凸出表面凸出表面凹陷表面凹陷 14二、齿轮二、齿轮传动传动的设计准则的设计准则 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的 准则进行设计。准则进行设计。闭

13、式硬齿面传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。闭式硬齿面传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。开式齿轮传动（易磨损，一般不出现点蚀）开式齿轮传动（易磨损，一般不出现点蚀）设计准则设计准则:a):a)按齿面接触疲劳强度按齿面接触疲劳强度(防止齿面点蚀防止齿面点蚀)进行强度计算进行强度计算,设计齿轮参数设计齿轮参数,H H H H b)b)校核齿根弯曲疲劳强度，校核齿根弯曲疲劳强度，F F F F 主要失效形式：齿面点蚀，齿根弯曲疲劳折断主要失效形式：齿面点蚀，齿根弯曲疲劳折断主要失效形式：齿根弯曲疲劳折断，齿面点蚀主要失效形式：齿根弯曲疲劳折断，齿面点蚀设计准则：设计准则：a)a)按齿根弯曲疲劳强度按齿

14、根弯曲疲劳强度(防止齿根疲劳折断防止齿根疲劳折断)进行强度计算进行强度计算,设计齿轮参数设计齿轮参数,F F F F b)b)校核齿面接触疲劳强度，校核齿面接触疲劳强度，H H H H 主要失效形式：齿面磨损，齿根弯曲疲劳折断主要失效形式：齿面磨损，齿根弯曲疲劳折断设计准则：防止齿根疲劳折断进行强度计算设计准则：防止齿根疲劳折断进行强度计算,设计齿轮参数设计齿轮参数,考虑考虑 磨损对齿厚的影响，磨损对齿厚的影响，F F（0.70.70.80.8）F F 由工程实践知由工程实践知:15一、对齿轮材料性能的要求一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有齿轮的齿体应有较高的抗

15、折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。求：齿面硬、芯部韧。10-3 10-3 齿轮材料及选用准则齿轮材料及选用准则 常用齿常用齿轮材料轮材料锻钢锻钢 铸钢铸钢 铸铁铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场合。常作为低速、轻载、不太重要的场合。适用于高速、轻载、且要求降低适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。噪声的场合。非金属材料非金属材料二、常用齿轮材料二、常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。可改善材料的机械

16、性能，最适于用来制造齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。含碳量为含碳量为0.150.150.6%0.6%的碳素钢或合金钢。的碳素钢或合金钢。一般齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。一般齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。16常用的热处理方式常用的热处理方式:1)1)退火与正火退火与正火 (1)(1)退火退火:把零件加热到一定温度把零件加热到一定温度,保温一定时间保温一定时间,随炉缓慢冷随炉缓慢冷 却的工艺过程。却的工艺过程。为淬火作准备。为淬火作准备。(2)(2)正火正火:与退火不同之处与退火不同之处,正火是在静止的空气中冷却。正火是在静止的空气中冷却。2)2)淬火与回火淬火与回火 (1(1)淬火：把零件加热到一定温度淬火：把零件加热到一定温度,保温一定时间保温一定时间,急剧冷却急剧冷却 的工艺过程。的工艺过程。(2)(2)回火：将淬火后的零件再加热到一定温度回火：将淬火后的零件再加热到一定温度,保温一定时保温一定时 间，在空气中或油中冷却的工艺过程。间，在空气中或油中冷却的工艺过程。其目的：消除淬火后的脆性和内应力其目的：消除淬火后的脆性和内应力。3