第十二節(jié)齒輪的材料和許用應(yīng)力演示文稿

第十二節(jié)齒輪的材料和許用應(yīng)力演示文稿目前一頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點第十二節(jié)齒輪的材料和許用應(yīng)力目前二頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點齒輪的常用材料對材料的要求：齒面要硬，齒芯要韌。(1)齒面應(yīng)有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點蝕、膠合以及塑性變形等；(2)齒芯應(yīng)有足夠的強度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷；(3)應(yīng)有良好的加工工藝性能及熱處理性能，使之便于加工且便于提高其力學(xué)性能。目前三頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點1.鋼（鍛鋼鑄鋼（齒輪尺寸較大））（1）鍛鋼1）齒面硬度≤350HBS，軟齒面；常用中碳鋼和中碳合金鋼，如45，40Cr，42SiMn等材料，進行調(diào)質(zhì)或正火處理。這種齒輪適用于強度、精度要求不高的場合，輪坯經(jīng)過熱處理后進行插齒或滾齒加工，生產(chǎn)便利、成本較低。這類齒輪廣泛應(yīng)用于無特殊要求的一般機械傳動中，例如一般用途的減速器。最常用的齒輪材料是鋼。此外還有鑄鐵及一些非金屬材料等。齒輪的常用材料目前四頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點在確定大、小齒輪硬度時應(yīng)注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高30一50HBS，這是因為小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄。為使兩齒輪的輪齒接近等強度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。先熱處理（調(diào)質(zhì)，正火）后切齒；常用材料：45、40Cr、42SiMn。2）齒面硬度>350HBS，硬齒面；常用的材料為低碳鋼或低碳合金鋼經(jīng)表面淬火處理。這類材料由于齒面硬度高，而齒芯部又具有較好的韌性，因此齒面既耐磨而整個齒輪的抗沖擊能力又高。這類齒輪常用于高速重載及受有沖擊載荷的或要求尺寸緊湊的重要機械傳動中，例如機床、汽車變速箱。先切齒后熱處理（淬火，滲碳，氮化）；常用材料：20、20Cr、20CrMnTi。齒輪的常用材料目前五頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點（2）鑄鋼當(dāng)齒輪的尺寸較大(大于400一600mm)或結(jié)構(gòu)復(fù)雜不便于鍛造時?？捎描T造方法制成鑄鋼齒坯，再進行正火處理以細化晶粒。常用材料：ZG35SiMn2.鑄鐵性能較脆，耐磨性能差，抗彎強度和抗沖擊性能差。當(dāng)尺寸大于500mm時可制成大齒圈，或制成輪輻式齒輪。為了避免局部折斷，其齒寬應(yīng)取得小些。鑄鐵來源充足，易于加工，成本低廉，常用于工作平穩(wěn)、低速、功率不大及無沖擊振動的開式傳動中。球墨鑄鐵的力學(xué)性能和抗沖擊能力比灰鑄鐵高，可代替鑄鋼鑄造大直徑齒輪。常用材料：HT250、HT300、QT50-5。齒輪的常用材料目前六頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點常用材料性能表齒輪的常用材料目前七頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點目前八頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點二、齒輪的許用應(yīng)力1．許用接觸應(yīng)力σHlim：試驗齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力；

SH：接觸疲勞強度的安全系數(shù)。σFlim：試驗齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力；SFmin

：彎曲疲勞強度的安全系數(shù)。2．許用彎曲應(yīng)力目前九頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點例：開式圓柱齒輪的設(shè)計計算已知：開式圓柱齒輪的傳動比：i=5.17；傳遞的功率P1=4.8kW；小齒輪的轉(zhuǎn)速n1=960rpm

；小齒輪為懸臂布置，起動頻繁，中等沖擊；試設(shè)計該開式齒輪。目前十頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點開式齒輪傳動設(shè)計準(zhǔn)則：

按彎曲疲勞強度進行設(shè)計，再將計算確定的模數(shù)增大的辦法，來考慮磨損對輪齒強度削弱的影響。

由于是開式齒輪傳動，要求齒面有較高的耐磨性，由表12-11選擇齒輪材料如下：小齒輪：45MnB

調(diào)質(zhì)HB240-285HBS=260

大齒輪：45

調(diào)質(zhì)HB217-286HBS=252開式圓柱齒輪的設(shè)計計算1、選材料目前十一頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點2、確定齒數(shù)取小齒輪的齒數(shù)為z1=17，則大齒輪的齒數(shù)為：取整z2=88則開式齒輪的實際傳動比為：開式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前十二頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點3、確定許用應(yīng)力按表12-12查取最小安全系數(shù)：代入數(shù)值：許用彎曲應(yīng)力：開式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前十三頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點4、按輪齒彎曲強度設(shè)計模數(shù)式中：載荷系數(shù)?。篕A=1.25（表12-8）

KV=1.2

K=1.10（圖12-27）代入數(shù)值：

K=1.25×1.2×1.10=1.65開式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前十四頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點應(yīng)力影響系數(shù)

由于兩個齒輪的齒數(shù)和材料不同，為使兩齒輪的彎曲強度都能滿足，需將YFS1/[F1]和YFS2/[F2]中的較大值代入式中.

由表12-10，z1=17,YFS1=4.51

z2=88,YFS2=3.972開式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前十五頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩T1傳遞的功率P=4.8kW小齒輪的轉(zhuǎn)速n1=960rpm開式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前十六頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點確定齒寬系數(shù)由表12-9：

對于懸臂布置，齒寬系數(shù)一為d

取d=0.35開式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前十七頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點計算模數(shù)

考慮磨損對輪齒強度削弱的影響，模數(shù)增大10%，則：

m=2.74(1+10%)=3.014(mm)

取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=3.5mm

（表12-1）將上述數(shù)值代入式中：開式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前十八頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點5、確定齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸小齒輪的分度圓直徑大齒輪的分度圓直徑大齒輪齒寬小齒輪齒寬兩齒輪中心距開式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前十九頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點例：閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算

某閉式直齒圓柱齒輪減速器，小齒輪主動輪，大齒輪從動輪，單向運轉(zhuǎn)，載荷有中等沖擊。傳遞功率P=18.5kW，n1＝730rpm，傳動比i12=3.69，試設(shè)計該齒輪傳動。對閉式齒輪傳動，可采用軟齒面，閉式齒輪傳動設(shè)計準(zhǔn)則：按接觸強度設(shè)計，再按彎曲強度校核。目前二十頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點選定材料由表12-11選擇齒輪材料如下：小齒輪：45調(diào)質(zhì)HBS=217-286HBS=250大齒輪：45正火HBS

=162-217

HBS=200一、按接觸強度設(shè)計閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十一頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點2.確定許用應(yīng)力按表12-12查取最小安全系數(shù)：代入數(shù)值：許用接觸應(yīng)力閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十二頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點3.計算小齒輪分度圓直徑

小齒輪的轉(zhuǎn)矩：

傳遞的功率P=18.5kW小齒輪的轉(zhuǎn)速n1=730rpm確定齒寬系數(shù)（表12-9）：閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十三頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點接觸強度設(shè)計公式

式中：載荷系數(shù)中等沖擊閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十四頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點接觸強度設(shè)計公式彈性系數(shù)(由表12-7):節(jié)點區(qū)域系數(shù):傳動比:閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十五頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點計算小齒輪分度圓直徑閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十六頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點4.確定幾何尺寸

確定齒數(shù)：取小齒輪的齒數(shù)為Z1=23，則大齒輪的齒數(shù)為取整z2=85則齒輪的實際傳動比傳動比誤差:閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十七頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點小齒輪的分度圓直徑：大齒輪的分度圓直徑：大齒輪齒寬：小齒輪齒寬：兩齒輪中心距：模數(shù)由表12-1取m=5閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十八頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點二、驗算齒根彎曲強度

按表12-12查取最小安全系數(shù)：代入數(shù)值：許用彎曲應(yīng)力閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前二十九頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點由表12-10，Z1=23,YFS1=4.27Z2=85,YFS2=3.975齒根彎曲強度:閉式圓柱齒輪的設(shè)計計算目前三十頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點

α1=α2m1=m2

兩輪的模數(shù)相等，壓力角相等。

漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確嚙合條件是：為什么？

由漸開線特性可知：齒輪相鄰兩齒同側(cè)齒廓在嚙合線上的齒距等于基圓上的齒距（基節(jié)）

Pb1=Pb2Pb問答題目前三十一頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點

當(dāng)直齒圓柱齒輪哪幾個參數(shù)確定了，就可以繪制齒輪零件圖：

齒數(shù)z；模數(shù)m；壓力角α；齒頂高系數(shù)ha*；頂隙系數(shù)c*；其中m、α、ha*、c*已標(biāo)準(zhǔn)化。問答題目前三十二頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點問答題1、在圓柱齒輪傳動設(shè)計中，為什么通常取小齒輪的寬度大于大齒輪的寬度？在強度計算時采用哪個齒寬？為了便于安裝，保證接觸線長度及小齒輪接觸強度提高。在強度計算時采用大齒輪的齒寬。目前三十三頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點問答題為什么小齒輪的齒面比大齒輪的齒面硬？小齒輪的齒數(shù)少，抗彎強度低。齒輪嚙合過程中，齒面的磨損以小齒輪根部最嚴重。一對齒輪采用不同材料或同一材料但熱處理不同而獲得不同的硬度，有利于避免齒面膠合現(xiàn)象的發(fā)生。齒輪傳動時，小齒輪轉(zhuǎn)的圈數(shù)比大齒輪多，齒面接觸應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)多，容易產(chǎn)生疲勞點蝕。目前三十四頁\總數(shù)三十六頁\編于十八點問答題1、一對圓柱齒輪傳