《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課件-第11章-齒輪傳動

機械設(shè)計基礎(chǔ)第11章齒輪傳動1要求掌握：受力方向的判斷閉式齒輪傳動主要失效形式設(shè)計準則影響接觸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力的因素2§11-1輪齒的失效形式3閉式傳動——齒輪封閉在剛性的箱體內(nèi)，能保證良好的潤滑和

工作條件。重要的齒輪傳動都采用閉式傳動；開式傳動——齒輪是外露的，不能保證良好的潤滑，而且易落入

灰塵、雜質(zhì)，故齒面易磨損，只宜用于低速傳動。4§11-1輪齒的失效形式1.輪齒折斷現(xiàn)象－原因－直齒輪－齒寬較小時常發(fā)生整齒折斷；齒寬較大時，因

制造裝配誤差易產(chǎn)生載荷偏置一端，導(dǎo)致局部折斷；輪齒因短時意外的嚴重過載而引起的突然折斷－過載折斷；齒根部受較大的交變彎曲應(yīng)力－疲勞折斷；計算準則－為了防止輪齒折斷，通常對輪齒進行抗彎曲疲勞強度的計算。5§11-1輪齒的失效形式2.齒面點蝕現(xiàn)象－原因－疲勞點蝕首先出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處軟齒面（HBS≤350）的閉式齒輪傳動常因齒面點蝕而失效；在開式傳動中，由于齒面磨損較快，點蝕還來不及出現(xiàn)或擴展即被磨掉，所以一般看不到點蝕。計算準則－齒面接觸疲勞強度計算。6§11-1輪齒的失效形式3.齒面膠合現(xiàn)象－原因－計算準則－抗膠合承載能力的計算。7§11-1輪齒的失效形式4.齒面磨損：磨粒磨損、跑合磨損原因－灰塵、硬屑粒等進入齒面間而引起磨粒磨損。是開式齒輪傳動主要的失效形式之一。計算準則－目前尚無完善的計算方法。現(xiàn)象－8§11-1輪齒的失效形式5.齒面塑性變形在重載下，較軟的齒面上可能產(chǎn)生局部的塑性變形，使齒廓失去正確的齒形。這種損壞常在過載嚴重和起動頻繁的傳動中遇到。9§11-1輪齒的失效形式10§11-1輪齒的失效形式普通齒輪傳動的設(shè)計準則設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)根據(jù)實際工況條件，分析主要失效形式，確定相應(yīng)的設(shè)計準則，進行設(shè)計計算。1.閉式傳動主要失效形式－齒面點蝕和輪齒的彎曲疲勞折斷

當(dāng)采用硬齒面時，則一般應(yīng)首先按齒輪的抗彎曲疲勞強度條件，確定其主要幾何尺寸，然后再校核其齒面接觸疲勞強度。11§11-1輪齒的失效形式2.開式傳動開式傳動的主要失效形式為齒面磨粒磨損和輪齒的彎曲疲勞折斷。由于目前齒面磨粒磨損尚無完善的計算方法，因此通常只對其進行抗彎曲疲勞強度計算，并采用適當(dāng)加大（10%～20%）模數(shù)（或降低許用彎曲應(yīng)力）的方法來考慮磨粒磨損。12§11-1輪齒的失效形式§11-2輪齒材料及熱處理齒輪常用的熱處理方法：1)表面淬火；2)滲碳淬火；3)調(diào)質(zhì)；4)正火；5)滲氮13硬齒面的接觸疲勞極限和彎曲疲勞極限都高于軟齒面。§11-3齒輪傳動的精度齒輪的制造、安裝誤差帶來的負面影響：相嚙合齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角不一致，即

影響傳遞運動的準確性；瞬時傳動比不能保持恒定不變，齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)會出現(xiàn)

多次重復(fù)的轉(zhuǎn)速波動，特別是在高速傳動中將引起振動、

沖擊和噪聲，即影響傳動的平穩(wěn)性；齒向誤差能使齒輪上的載荷分布不均勻，當(dāng)傳遞較大轉(zhuǎn)矩

時，易引起早期損壞，即影響載荷分布的均勻性。國家標準GB/T10095.1—2008對圓柱齒輪及齒輪副規(guī)定了13個精度等級，其中0級的精度最高，12級精度最低，常用的是6~9級。14§11-4直齒圓柱齒輪傳動的作用力及計算載荷一、輪齒上的作用力Fn1516圓周力徑向力法向力二、計算載荷P:所傳遞的功率kW17§11-4直齒圓柱齒輪傳動的作用力及計算載荷§11-5直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算由于節(jié)圓附近最容易發(fā)生點蝕，故常取節(jié)點處的接觸應(yīng)力為計算依據(jù)。1819§11-5直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算20§11-5直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算21§11-5直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算注意：兩齒輪的接觸應(yīng)力是相同的，但由于兩齒輪材料不同，因此許用接觸應(yīng)力是不同的，按最小的計算。分度圓直徑、分別相等的兩對齒輪，不論其模數(shù)是否相等，均具有相同的由接觸強度所決定的承載能力，模數(shù)不能作為衡量齒輪接觸強度的依據(jù)。22§11-5直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算§11-6直齒圓柱齒輪傳動的輪齒彎曲強度計算23切線法24§11-6直齒圓柱齒輪傳動的輪齒彎曲強度計算危險截面的彎曲力矩：25通常兩齒輪的齒形系數(shù)并不相同，因此應(yīng)分別驗算兩個齒輪的彎曲強度。26齒輪設(shè)計過程：已知條件：工作情況，傳遞功率P，轉(zhuǎn)速n，傳動比i待定參數(shù)：材料，熱處理方法，硬度，z1,z2,β,m,a,

d1,d2,b解題步驟：

(1)確定材料，熱處理及許用應(yīng)力；

(2)分析失效形式，確定計算公式；

(3)初步選取參數(shù)，求出需要計算的數(shù)值；

(4)協(xié)調(diào)相關(guān)參數(shù)，確定設(shè)計結(jié)果?！?1-7設(shè)計圓柱齒輪時材料和參數(shù)的選取27一、材料及其力學(xué)性能轉(zhuǎn)矩不大，選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼，否則選擇合金結(jié)構(gòu)鋼表面熱處理可以提供疲勞強度，減小齒輪尺寸。但輪齒會變形，需要磨齒。二、主要參數(shù)

3.齒寬：過大，寬度方向載荷分布不均勻28§11-7設(shè)計圓柱齒輪時材料和參數(shù)的選取§11-8斜齒圓柱齒輪傳動一、輪齒上的作用力29輪齒所受總法向力可分解為：圓周力：徑向力：軸向力：

§11-8斜齒圓柱齒輪傳動力的方向：30根據(jù)主動輪輪齒的齒向（左旋或右旋）伸左手或右手，四指沿著主動輪的轉(zhuǎn)向握住軸線，大拇指所指即為主動輪所受的Fa1的方向，F(xiàn)a2與Fa1方向相反。31按過節(jié)點處法面內(nèi)當(dāng)量直齒圓柱齒輪（齒形與斜齒輪法面齒形相同）進行計算的模數(shù)為法面模數(shù)mn，齒數(shù)為當(dāng)量齒數(shù)zv,齒寬、轉(zhuǎn)矩也為當(dāng)量齒輪上的量。二、齒根接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度計算32§11-8斜齒圓柱齒輪傳動33§11-8斜齒圓柱齒輪傳動§11-9直齒圓錐齒輪傳動3435§11-9直齒圓錐齒輪傳動§11-9齒輪的構(gòu)造36373839§11-10齒輪傳動的潤滑和效率油池潤滑采用惰