鑄造工藝齒輪傳動(dòng)

1、第七章 齒輪傳動(dòng)7-1 概述7-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則7-3 齒輪的材料及其選擇7-4 圓柱齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷7-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算7-6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算7-8 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算7-9 直齒錐齒輪傳動(dòng)7-11 齒輪的結(jié)構(gòu)7-10 齒輪傳動(dòng)的效率與潤(rùn)滑7-7 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的靜強(qiáng)度計(jì)算10-1概述1一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、類型和基本問(wèn)題3）效率高；4）結(jié)構(gòu)緊湊；1）工作可靠，壽命長(zhǎng)；2）傳動(dòng)比恒定；齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，其應(yīng)用范圍十分廣泛。7-1 概 述1. 特點(diǎn)：5）適用性廣。可達(dá)99，在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，其效率

2、最高。在相同條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間一般較小。這也是齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用的原因之一。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1）制造及安裝精度要求高；2）成本高。2. 類型按軸的布置分平行軸齒輪傳動(dòng)相交軸齒輪傳動(dòng)交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)（錐齒輪）（圓柱齒輪）概述2各類齒輪圖片按齒向分：直齒輪傳動(dòng)斜齒輪傳動(dòng)人字齒輪傳動(dòng)按工作條件分：閉式傳動(dòng)開(kāi)式傳動(dòng)軟齒面齒輪（齒面硬度350HBS布氏硬度 ）硬齒面齒輪（齒面硬度350HBS）按齒面硬度分：按齒廓分：漸開(kāi)線齒輪擺線齒輪圓弧齒輪3. 基本問(wèn)題：1）傳動(dòng)平穩(wěn)：即要求瞬時(shí)傳動(dòng)比i恒定。2）足夠的承載能力：即要求在預(yù)期的使用期限內(nèi)不失效。二、齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)1）模數(shù) m 標(biāo)準(zhǔn)系列見(jiàn)表71。2）

3、傳動(dòng)比 i 和齒數(shù)比 u主從主從從主ddzznni概 述概述31b112zzu齒數(shù)比：注：1 為小輪，2為大輪。減速傳動(dòng)：i = u增速傳動(dòng)：ui13）中心距 a4）齒寬 b 和齒寬系數(shù)aba或1dbd齒寬系數(shù)：1dbd齒寬：或 ababb 2大輪齒寬：小輪齒寬：mm105(21） bb2b（應(yīng)圓整）概 述概述4三、齒輪的精度等級(jí)國(guó)標(biāo)中對(duì)圓柱齒輪和錐齒輪都規(guī)定了十二個(gè)精度等級(jí)，常用 5 9 級(jí)。根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件和齒輪的圓周速度等選擇精度等級(jí)。齒輪精度分為：第一公差組：控制運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。第二公差組：控制傳動(dòng)的平穩(wěn)性。第三公差組：控制載荷分布的均勻性。 應(yīng)遵循 “ 需要可能 ” 的原則。概

4、 述例如： 877 HK選擇精度等級(jí)齒厚偏差代號(hào)10-2齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則7-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、失效形式輪齒折斷齒面點(diǎn)蝕齒面膠合齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效，常見(jiàn)的失效形式有：分為：疲勞折斷過(guò)載折斷：屬于靜強(qiáng)度破壞。多發(fā)生在輪齒的節(jié)線附近靠近齒根的一側(cè)。是在重載條件下產(chǎn)生的粘著磨損現(xiàn)象。齒面磨粒磨損使輪齒變薄，最后導(dǎo)致輪齒折斷。塑性變形是重載軟齒面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流動(dòng)。冷膠和熱膠合分為注：由于磨損的比點(diǎn)蝕的形成快，故開(kāi)式傳動(dòng)中見(jiàn)不到點(diǎn)蝕現(xiàn)象。普通閉式傳動(dòng)的主要失效形式為：輪齒的疲勞折斷和點(diǎn)蝕普通開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式為：輪齒的疲勞折斷和磨粒磨損設(shè)計(jì)準(zhǔn)

5、則對(duì)一般工況下的普通齒輪傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：為防止輪齒的疲勞折斷，需計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。為防止齒面點(diǎn)蝕，需計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度。注：對(duì)高速重載傳動(dòng)，還應(yīng)按齒面抗膠合能力進(jìn)行計(jì)算。二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）閉式傳動(dòng)硬齒面：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算（確定齒輪的參數(shù)和尺寸），然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度軟齒面：按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算（確定齒輪的參數(shù)和尺寸），然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。2）開(kāi)式傳動(dòng)：只計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，適當(dāng)加大模數(shù)（預(yù)留磨損量）。齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則10-3 齒輪的材料及其選擇7-3 齒輪的材料及其選擇對(duì)齒輪材料性能的要求：齒面硬、芯部韌。 一、常用的齒輪材料 鋼：鑄鐵：

6、用于低速、輕載、不太重要的場(chǎng)合； 非金屬材料：如尼龍、塑料等。適用于高速、輕載、且要求降低噪 音的場(chǎng)合。 常用材料碳鋼合金鋼最常用二、常用的熱處理方法齒輪的毛坯：鍛造鑄造：適用于形狀復(fù)雜、尺寸大的齒輪。：適用于中、小尺寸的齒輪。調(diào)質(zhì)、正火：得軟齒面，強(qiáng)度低，工藝簡(jiǎn)單。齒輪的材料及其選擇原則2三、齒輪材料選用的基本原則 齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等； 應(yīng)考慮齒輪的尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝； 鋼制軟齒面齒輪，小輪的齒面硬度應(yīng)比大齒輪高2050HBS 。 硬齒面齒輪傳動(dòng)，兩輪的齒面硬度可大致相同，或小輪硬度略高。整體淬火、表面淬火、滲碳淬火、滲氮等：

7、得硬齒面，強(qiáng)度高。淬火后需磨齒，工藝復(fù)雜。適用于中碳鋼適用于低碳鋼不需磨齒齒輪的材料及其選擇10-4 圓柱齒輪的載荷計(jì)算一、輪齒的受力分析11t2dTF tantrFF 嚙合傳動(dòng)中，直輪齒的受力分析切向力：徑向力：costnFF 法向力：1T 為小輪的名義轉(zhuǎn)矩（Nmm）。式中： 為小輪的分度圓直徑（mm）。1d主動(dòng)輪 的方向與其轉(zhuǎn)向相反；tF從動(dòng)輪 的方向與其轉(zhuǎn)向相同。tF徑向力 Fr 的方向指向各自的輪心（外齒輪）。1. 直齒圓柱齒輪（718）7-4 圓柱齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算 用集中作用于分度圓上齒寬中點(diǎn)處的法向力 代替輪齒所受的分布力，將 分解，得：nFnF1 主動(dòng)2圓柱齒輪的載荷計(jì)算21t

8、F2tF1xF2xF2rF1rF1 主動(dòng)21xF1 主動(dòng)21xF練 習(xí)嚙合傳動(dòng)中，輪齒的受力分析2. 斜齒圓柱齒輪將 Fn 分解11t2dTF costantrnFF 切向力：徑向力：tanxtFF 軸向力：（727）斜齒輪受力軸向力Fx的方向：用“主動(dòng)輪左右手法則”判斷。二級(jí)受力分析計(jì)算載荷1HAHKKKKKFAFKKKKKK 為載荷系數(shù)，上述Fn 為輪齒所受的名義法向力。實(shí)際傳動(dòng)中由于原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會(huì)有所增大。計(jì)算載荷為：nKFFnc式中：KA 使用系數(shù)：動(dòng)載系數(shù)：K 齒向載荷分布系數(shù)：是考慮載荷沿齒寬方向分布不均的系數(shù)。 計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)：計(jì)算接觸應(yīng)力時(shí)：

9、是考慮外部附加動(dòng)載荷的系數(shù)。K是考慮內(nèi)部附加動(dòng)載荷的系數(shù)。修緣齒可以減小內(nèi)部附加動(dòng)載荷。鼓形齒改善載荷沿齒寬分布不均的現(xiàn)象。齒輪遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入（輸出）端，可改善偏載現(xiàn)象。圓柱齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算計(jì)算載荷2齒間載荷分配系數(shù)：是考慮載荷在同時(shí)嚙合的齒對(duì)之間分配 不均的系數(shù)。HKFK、圓柱齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算輪齒變形傾斜1 主動(dòng)2TT10-5直齒輪接觸強(qiáng)度計(jì)算1HH一、計(jì)算公式一、計(jì)算公式 基本公式： 赫茲公式， 式(227)。接觸應(yīng)力的計(jì)算點(diǎn)： 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)式：23HHEd11)(12ZZZuuTKdH詳細(xì)說(shuō)明式中：u齒數(shù)比； ZE 彈性系數(shù)； ZH 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)。力學(xué)模型： 將一對(duì)輪齒的嚙合簡(jiǎn)化為 兩個(gè)圓

10、柱體接觸的模型。目的：防止“點(diǎn)蝕”。 強(qiáng)度條件：校核式： uubdTKZZZH12211HEHH1O2OCN2N1HH7-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算3）影響接觸強(qiáng)度的尺寸是：d（ 或 a ）和 b，而與模數(shù) m 無(wú)關(guān) 。KN壽命系數(shù)，是考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 對(duì)疲勞極限影響的系數(shù)，直齒輪接觸強(qiáng)度計(jì)算2Z34Z重合度系數(shù)，注意：1）“”用于外嚙合；“”用于內(nèi)嚙合。2） ，應(yīng)按 較小者計(jì)算接觸強(qiáng)度。21HHH二、許用接觸應(yīng)力 HNHSZlimHHlim 齒輪的接觸疲勞極限SH安全系數(shù)。Hlim 線圖4）采用正變位、斜齒輪可提高齒輪的強(qiáng)度。直齒圓柱齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算直齒輪接觸強(qiáng)度計(jì)算

11、3三、主要參數(shù)的選擇2齒數(shù)的選擇當(dāng)d1已按接觸疲勞強(qiáng)度確定時(shí)，z1m重合度 傳動(dòng)平穩(wěn)抗彎曲疲勞強(qiáng)度降低齒高h(yuǎn) 減小切削量、減小滑動(dòng)率因此，在保證彎曲疲勞強(qiáng)度的前提下，齒數(shù)多一些好！ 閉式軟齒面: z1 = 20 40 閉式硬齒面和開(kāi)式傳動(dòng): z1 = 17 201齒寬系數(shù) dd 齒寬 b 有利于提高強(qiáng)度，但 d 過(guò)大將導(dǎo)致 K見(jiàn)表74。直齒圓柱齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算10-6直齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算17-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、計(jì)算公式Y(jié)sa應(yīng)力修正系數(shù)FaFFYmbdTK112式中：YFa齒形系數(shù)。只與齒形有關(guān)，而 與模數(shù)m無(wú)關(guān)YFa與Ysa表目的：目的：防止疲勞斷齒。防止疲勞斷

12、齒。 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：FF將輪齒簡(jiǎn)化為懸臂梁。按30切線法確定齒根危險(xiǎn)截面。按在齒頂嚙合計(jì)算齒根應(yīng)力。saYYF校核式： F30 30FnF1F2sl危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)截面cFY重合度系數(shù)。直齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算2引入齒寬系數(shù) 和 d1= m z1，可得1dbd32F211YYYzTKmsaFadF設(shè)計(jì)式： 2）影響齒根彎曲強(qiáng)度的尺寸是： m 和 b 。3）采用正變位、斜齒輪可提高齒輪的強(qiáng)度。注意：1） ，應(yīng)按 較小者計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度。21FFSaFaFYY4）動(dòng)力傳動(dòng)，一般 m1.52mm。直齒圓柱齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度直齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算3二、許用彎曲應(yīng)力 F FxNFFSYYlim2Flim 齒

13、輪的齒根彎曲疲勞極限。SF安全系數(shù)。Flim 線圖YN壽命系數(shù)，是考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 對(duì)疲勞極限影響的系數(shù)，輪齒雙向彎曲時(shí)，圖中Flim值需乘以0.7。Yx尺寸系數(shù)。直齒圓柱齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度10-8斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算4cosZ一、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 用螺旋角系數(shù) Z 計(jì)入輪齒傾斜使齒面接觸應(yīng)力減小的影響，對(duì)直齒輪的接觸強(qiáng)度公式進(jìn)行修正，得斜齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式： 式中：螺旋角系數(shù) ：重合度系數(shù) Z ： 校核式： uubdTKZZZZHHE12211HH設(shè)計(jì)式： 32H1112ZZZZuuTKdHEdH1時(shí)，)1 (34Z1時(shí)，1Z 端面重合度 ， 縱向重合度 。7-8 斜齒圓柱齒輪傳

14、動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算見(jiàn)式標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算3二、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 通常按斜齒輪的當(dāng)量直齒輪計(jì)算其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并引入螺旋角系數(shù)Y 計(jì)入輪齒傾斜的影響，得： 設(shè)計(jì)式：3F2121ncos2YYYYzYTKmSaFadF標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算式中：YFa按當(dāng)量齒數(shù) 。Y螺旋角系數(shù)。 輪齒受載及折斷校核式： YYYYmbdTKsaFaFFn112F3coszzYSa按當(dāng)量齒數(shù) 。zY重合度系數(shù)，按計(jì)算。 強(qiáng)度公式中其他參數(shù)與直齒圓柱齒輪完全相同。 10-10錐齒輪傳動(dòng)軸交角為90的直齒錐齒輪傳動(dòng)： 7-9 直齒錐齒輪傳動(dòng)一、主要參數(shù)和尺寸直齒錐齒輪的大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。直齒錐齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)

15、211212tancotddzzu2122212221udddRRbRbRdddd5 . 015 . 022m11m)5 . 01 ()5 . 01 (RmRmmmdd以及則有：令 R = b/R齒寬系數(shù)，設(shè)計(jì)中常取R =0.250.35。齒數(shù)比：錐距：b2/bCt錐齒輪傳動(dòng)2二、輪齒的受力分析 用集中作用于齒寬中點(diǎn)處的法向力 Fn 代替輪齒所受的分布力。 將Fn分解為：切向力Ft，徑向力Fr和軸向力Fx。 cos2cos1m1tndTFF軸向力Fx的方向總是由錐齒輪的小端指向大端。 錐齒輪的受力分析211costanxtrFFF2r11sintanFFFtxttFdTF1m12直齒錐齒輪傳動(dòng)

16、錐齒輪傳動(dòng)3三、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 按齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪計(jì)算直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度。H31215 . 0171. 4udKTZZRRHEH 校核式： 忽略重合度的影響。3212H15 . 0171. 4)(uKTZZdRRHE設(shè)計(jì)式： 式中：載荷系數(shù) KKKKA 強(qiáng)度公式中其他參數(shù)與直齒圓柱齒輪完全相同。直齒錐齒輪傳動(dòng)錐齒輪傳動(dòng)4四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 F23212R115 . 0171. 4saFaRFYYumzKT校核式：3F2212115 . 0171. 4SaFaRRYYuzKTm設(shè)計(jì)式： 式中：YFa按當(dāng)量齒數(shù) 。coszzYSa按當(dāng)量齒數(shù) 。z直齒錐齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)的效率與潤(rùn)滑 7-10 齒輪傳動(dòng)的效率與潤(rùn)滑 潤(rùn)滑的目的：減小摩擦、減小磨損，還有散熱和防銹蝕作用。 二、齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式 開(kāi)式及半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)：采用人工定期加油潤(rùn)滑。詳細(xì)介紹一、齒輪傳動(dòng)的效率 閉式齒輪傳動(dòng)的