機械設(shè)計Ch10

1、第十章 齒輪傳動10-1 齒輪傳動概述10-2 齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則10-3 齒輪的材料及其選擇原則10-4 齒輪傳動的計算載荷10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動的強度計算10-6 齒輪傳動設(shè)計參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算10-8 標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪傳動的強度計算10-9 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計10-10 齒輪傳動的潤滑齒輪傳動概述1一、齒輪傳動的主要特點： 傳動效率高可達(dá)99。在常用的機械傳動中，齒輪傳動的效率為最高； 結(jié)構(gòu)緊湊與帶傳動、鏈傳動相比，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需 的空間一般較??； 與各類傳動相比，齒輪傳動工作可靠，壽命長； 傳動比穩(wěn)定無論是平均值還

2、是瞬時值。這也是齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用的 原因之一； 與帶傳動、鏈傳動相比，齒輪的制造及安裝精度要求高，價格較貴。齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，其應(yīng)用范圍十分廣泛，型式多樣，傳遞功率從很小到很大（可高達(dá)數(shù)萬千瓦）。10-1 齒輪傳動概述齒輪傳動概述2二、齒輪傳動的分類按齒輪類型分：直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動錐齒輪傳動人字齒輪傳動按裝置形式分：開式傳動、半開式傳動、閉式傳動。按齒面硬度分：軟齒面齒輪（齒面硬度350HBS）硬齒面齒輪（齒面硬度350HBS）10-1 齒輪傳動概述圖片齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則10-2 齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則一、齒輪的主要失效形式輪齒折斷齒面磨損

3、齒面點蝕齒面膠合塑性變形二、齒輪的設(shè)計準(zhǔn)則對一般工況下的齒輪傳動，其設(shè)計準(zhǔn)則是： 保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發(fā)生齒根折斷。 保證足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發(fā)生齒面點蝕。對高速重載齒輪傳動，除以上兩設(shè)計準(zhǔn)則外，還應(yīng)按齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計。由實踐得知：閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強度為主。閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強度為主。齒輪傳動的失效主要是指輪齒的失效，其失效形式是多種多樣的。常見的失效形式有：由于齒輪其它部分（齒圈、輪輻、輪轂等）通常是經(jīng)驗設(shè)計的，其尺寸對于強度和剛度而言均較富裕，實踐中也極少失效。 齒輪的材料及其選擇原則10-3 齒輪的材料及其選

4、擇原則一、對齒輪材料性能的要求 齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強的抗點蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。 二、常用的齒輪材料 鋼：許多鋼材經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砘虮砻嫣幚?，可以成為常用的齒輪材料； 鑄鐵：常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料； 非金屬材料：適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。 三、齒輪材料選用的基本原則 q 齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強度、壽命、可靠性、經(jīng)濟性等； q 應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝； q 鋼制軟齒面齒輪，其配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持在3050HBS或更多。 常用材料 齒輪傳動的計算載荷10-4 齒輪

5、傳動的計算載荷根據(jù)齒輪傳動的額定功率和轉(zhuǎn)速，可得到齒輪傳遞的名義扭矩和輪齒上的名義法向載荷Fn 。 實際傳動中由于原動機、工作機性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會有所增大。在齒輪強度計算中，應(yīng)修正名義載荷。用于強度計算的計算載荷為：canFKFK為載荷系數(shù)，其值為：KKA Kv K K式中：KA 使用系數(shù)Kv 動載系數(shù)K齒間載荷分配系數(shù)K齒向載荷分布系數(shù) 直齒圓柱齒輪強度計算110-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強度計算一、輪齒的受力分析11t2dTF tan2tan11trdTFFcos2cos11tndTFF以節(jié)點 P 處的嚙合力為分析對象，并不計嚙合輪齒間的摩擦力，可得：嚙合傳動中，輪齒的受力分

6、析 直齒圓柱齒輪強度計算2二、齒根彎曲疲勞強度計算中等精度齒輪傳動的彎曲疲勞強度計算的力學(xué)模型如下圖所示。根據(jù)該力學(xué)模型可得齒根理論彎曲應(yīng)力Ft1 FaF0K F Ybm計入齒根應(yīng)力校正系數(shù)Ysa后，強度條件式為： Ft1 FasaFFK F Y Ybm引入齒寬系數(shù)后 ，可得設(shè)計公式： 1dbdFasa12d1F32Y YKTmZYFa為齒形系數(shù)，其值可根據(jù)齒數(shù)查表獲得。YFa與Ysa表10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強度計算直齒圓柱齒輪強度計算3三、齒面接觸疲勞強度計算 基本公式赫茲應(yīng)力計算公式，即:LEEF)11()11(12212121caH在節(jié)點嚙合時，接觸應(yīng)力較大，故以節(jié)點為接觸應(yīng)力計算點

7、。齒面接觸疲勞強度的校核式： HtHEHH11K F uZ Zbdu齒面接觸疲勞強度的設(shè)計式：2H 1HE31dH21()K TZ Zudu12sin1uud節(jié)點處的綜合曲率半徑為： 詳細(xì)說明上述式中：u齒數(shù)比，u=z2/z1；ZE 彈性影響系數(shù)；ZH 區(qū)域系數(shù)； 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強度計算齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)3四、齒輪傳動的強度計算說明 q 接觸強度計算中，因兩對齒輪的H1= H2 ，故按此強度準(zhǔn)則設(shè)計齒輪 傳動時，公式中應(yīng)代H 1和H 2中較小者。 q 用設(shè)計公式初步計算齒輪分度圓直徑d1(或模數(shù)mn)時，因載荷系數(shù)中的 KV、K、K不能預(yù)先確定，故可先試選一載荷系數(shù)Kt。算出d1t

8、(或 mnt）后，用d1t再查取KV、K、K從而計算Kt 。若K與Kt接近，則不必修改原設(shè)計。否則，按下式修正原設(shè)計。q 彎曲強度計算中，因大、小齒輪的F 、YFa、YSa 值不同，故按此強度準(zhǔn)則設(shè)計齒輪傳動時，公式中應(yīng)代 和 中較小者。 Fa2Fa22FYYSa1Fa11FYY3tt 11KKdd 3tntnKKmm 10-5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪強度計算齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)1一、齒輪傳動設(shè)計參數(shù)的選擇10-6 齒輪傳動設(shè)計參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇1壓力角的選擇2齒數(shù)的選擇一般情況下，閉式齒輪傳動: z1=2040 開式齒輪傳動: z1=1720 z2=uz13齒寬系數(shù)d的選擇當(dāng)d1已按接觸疲勞強

9、度確定時，z1m重合度e傳動平穩(wěn)抗彎曲疲勞強度降低齒高h(yuǎn) 減小切削量、減小滑動率因此，在保證彎曲疲勞強度的前提下，齒數(shù)選得多一些好！d 齒寬b 有利于提高強度，但d過大將導(dǎo)致K一般情況下取 =20d的選取可參考齒寬系數(shù)表 齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)2二、齒輪傳動的許用應(yīng)力 式中：KN為壽命系數(shù)，是應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N對疲勞極限的影響系數(shù)；彎曲強度計算時： S= S F=1.251.50； limFE接觸強度計算時： S= S H=1.0; limHlim三、齒輪精度的選擇lim為齒輪的疲勞極限， S為安全系數(shù)。 SKLimNh60njLN 齒輪精度共分13級，0級精度最高，第12級精度最低。精度選擇是以傳動

10、的用途，使用條件，傳遞功率，圓周速度等為依據(jù)來確定。n為齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈，同一齒面嚙合的次數(shù)；Lh為齒輪的工作壽命，單位為小時。FE線圖Hlim線圖詳細(xì)說明 10-6 齒輪傳動設(shè)計參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)4四、直齒圓柱齒輪設(shè)計的大致過程 選擇齒輪的材料和熱處理選擇齒數(shù)，選齒寬系數(shù)d初選載荷系數(shù)(如Kt=1.2)按接觸強度確定直徑d1計算得mH=d1/z1按彎曲強度確定模數(shù)mF確定模數(shù)mt=maxmH ,mF計算確定載荷系數(shù)K= KAKvKK修正計算模數(shù)3/ttKKmm m模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化計算主要尺寸：d1=mz1 d2=mz2 計 算 齒 寬： b=d d1確定齒寬：B2=int(b) B1= B2+(35)mm 10-6 齒輪傳動設(shè)計參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇10-7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪強度計算標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪強度計算1輪齒的受力分析Fn可分解為：圓周力Ft 徑向力Fr 軸向力Fa 圓周力Ft的方向： 在主動輪上，與嚙合點的速度方向相反； 在從動輪上，與嚙合點的速度方向相同。 徑向力Fr的方向：指向回轉(zhuǎn)軸線軸向力Fa 的方向： 主動輪，左旋用左手法則，右旋用右手法則； 從動輪，左旋用右手法則，右旋用左手法則。錐齒輪傳動的強度計算2輪齒的受力分析 直齒錐齒輪的輪齒受力分析模型如下圖，將總法向載荷集中