2012春温齿轮传动.ppt
《2012春温齿轮传动.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2012春温齿轮传动.ppt(198页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第十章 齿轮传动,齿轮传动概述,齿轮传动的失效形式及设计准则,齿轮的材料及其选择原则,齿轮传动的计算载荷,标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择,标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,标准锥齿轮传动的强度计算,齿轮的结构设计,齿轮传动的润滑,按工作条件分类,闭式齿轮传动 齿轮传动封闭在箱体内,具有良好的润滑条件,能防尘。,开式齿轮传动 齿轮外露,润滑条件差,不能防尘。,半开式齿轮传动 齿轮在护罩内,但不密封,可以设置油池润滑,润滑条件较好;亦有的仅把齿轮罩上,只起防尘作用,润滑条件较差。,按齿轮齿面硬度分类,软齿面齿轮 齿面硬度350HBS的齿轮。,硬齿面齿轮 齿面硬度
2、350HBS的齿轮。,齿轮传动的特点和分类,优点 与带、链等传动比较,具有传递功率范围大、允许工作转速高、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠、结构紧凑等。,2、齿轮传动的分类,缺点 工作中有振动、冲击和噪声,并有动载荷产生;无过载保护性能;制造与安装精度高,成本高;须用专门设备制造等。,1 概述,第十章 齿轮传动,1、齿轮传动的特点,减速传动 u=i 增速传动 u=1/i,中心距a 最好为计算整数。,4.齿宽和齿宽系数 d,一般取:b2=b(圆整值), b1=b2 +(510)mm,1. 模数 m 对于一般动力传动,要求:m1.52。 2. 传动比 i和齿数比 u,两齿轮接触宽度,大
3、齿轮宽度,小齿轮宽度,圆柱齿轮的基本参数,疲劳折断,过载折断 意外过载(或磨损 齿厚、冲击载荷) 突然折断,初始裂纹应力重复作用裂纹扩展折断,(一)齿轮传动的失效形式,措施: 过渡圆角半径; 表面粗糙度;对齿根进行强化处理;选用韧性好的材料;采用合理的变位等。,2 齿轮传动的失效方式及设计准则,1、轮齿折断,2、齿面点蚀, 是闭式软齿面齿轮传动主要失效形式。,H 变应力、N 细微裂纹 扩展 剥落; 主要发生在节线附近齿根一侧。,措施:齿面硬度;表面粗糙度;采用粘度高的油;采用较大的变位系数等,3、 齿面胶合,5、 齿面塑性变形 是低速、重载的软齿面齿轮传动的主要失效形式。,高速、重载、高温条件
4、下压力、温度 、 油粘度 金属直接接触熔焊撕裂胶合。 措施: 齿面硬度、 表面粗糙度 、采用抗胶合能力强的油(如硫化油)、在润滑油中加入极压添加剂等。,4、 齿面磨粒磨损 是开式齿轮传动主要失效形式。,相对滑动+“磨粒”(金属微粒、杂质、灰尘) 磨损平稳性、冲击、噪声,齿厚 失真、折断 。 措施:开式闭式。,软齿面在低速、重载条件下齿面压力 及摩擦力的作用表层局部塑性流动 。 措施: 齿面硬度、 润滑油粘度。,齿面磨损,点蚀,胶合,1. 闭式齿轮传动 闭式软齿面齿轮传动: (接触疲劳磨损即点蚀失效为主) 按齿面接触疲劳强度设计按齿根弯曲疲劳强度校核; 闭式硬齿面齿轮传动: (弯曲疲劳折断失效为
5、主) 按齿根弯曲疲劳强度设计按齿面接触疲劳强度校核; 开式齿轮传动 磨损失效(为条件性计算)为主折断失效只按齿根弯曲疲劳强度设计,求出 m 将 m 增大 515% ,以补偿磨损的影响。,(二)齿轮传动设计准则,1)锻钢 软齿面齿轮:(HBS350 ) 工艺过程:轮坯正火或调质处理切齿,切制后精度 7、8 级; 硬齿面齿轮:( HBS 350 ) 工艺过程:轮坯切削加工表面硬化处理磨齿等精加工。 2)铸钢 形状复杂、尺寸较大的齿轮(要求耐磨、强度高)。,3 齿轮材料、热处理及其选择原则,2. 常用齿轮材料和热处理 见表 钢,1. 对齿轮材料的基本要求是 :齿面要硬、齿芯要韧,铸铁 用于大直径、低
6、速、小功率、工作平稳及开式传动中。 非金属材料 主要用于低速、轻载、要求噪声小的齿轮传动中。,齿轮常用的热处理方法有: 表面淬火 表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢。 表面淬火后轮齿变形不大,可不磨齿,齿面硬度可达52 56HRC。由于齿面接触强度高,耐磨性好,而齿芯部未淬硬仍有较高的韧性,故能承受一定的冲击载荷。 表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.150.25的低碳钢和低碳合金钢。,渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC,齿面接触强度高,耐磨性好,而齿芯都仍保持有较高的韧性,常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后要磨齿。 调质 调质一般用于中碳钢和中碳
7、合金钢。调质处理后齿面硬度一般为220260HBS。因硬度不高,故可在热处理以后精切齿形,且在使用中易于跑合。 正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。,渗氮 渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理,齿面硬度可达6062HRC。因氮化处理温度低,齿的变形小,因此适用于难以磨齿的场合。 其中,调质和正火处理后的齿面硬度较低,为软齿面;其他三种处理后的齿面硬度较高,为硬齿面。 当大小齿轮都是软齿面时,考虑到小齿的齿根较薄,弯曲强度较低,且受载次数较多,故在选择材料和热处理时,一般使小齿轮齿面硬度比大齿
8、轮高2050HBS。 当大小齿轮都是硬齿面时,小齿轮的硬度应略高,也可和大齿轮相等。,齿轮材料的选择,参考原则: 选择适当的热处理方法: 正火碳钢只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮。 调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。 合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。,基本原则: (1)必须满足工作条件的要求;(2)综合考虑工艺性和经济性的要求。,一对齿轮的材料搭配: 小齿轮的材料和热处理方法比大齿轮的强; 为防止产生胶合,两轮的材料性能差别越大越好; 两轮的材料相同时,小齿轮齿面硬度也应比大齿轮的高 3050HBS 。 采用软硬齿面搭配时, 冷作硬化作用齿面的疲劳强
9、度。,二、计算载荷,Fnc= KFn,其中:K 为载荷系数,按下式计算:,K =KA Kv K K,1、使用系数KA 物理意义 考虑齿轮系统外部因素引起的附加动载荷的影响; 影响动载荷大小的因素 主要取决于原动机、工作机的运转特性、轴和联轴器的类型、缓冲性能等; 取值方法 参考表决定。,KA使用系数,Kv动载系数,K 齿间载荷分配系数,K 齿向载荷分布系数,4 圆柱齿轮的计算载荷,一、名义载荷,使用系数KA,2、动载系数Kv 物理意义 考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差和运转速度而引起的内部附加动载荷的影响; 动载荷产生的原因及影响因素 齿轮传动的制造、安装误差及受载后轮齿的变形基圆齿距不相等i
10、瞬常数动载荷, 减小动载荷的措施 采用修缘齿,即将轮齿的齿顶的一小部分齿廓曲线修成压力角20的渐开线;但应特别注意的是,修缘量不可过大,否则会因重合度减小过多,致使动载荷不一定就相应减小,因此修缘量的选择应适当。,动载系数取值方法 一般齿轮传动可根据齿轮精度等级进行选择。,K =KA Kv K K,注:锥齿轮传动的圆周速度按平均值计算,3、齿间载荷分配系数K 物理意义 考虑同时啮合的各齿对间载荷分配不均匀性的影响; 产生原因及 1 2,当双对齿啮合时,在理想状态下,载荷应平均分配在两对齿上。但实际上,由于齿轮制造的误差和轮齿受力后变形,造成载荷在各齿对之间的分配时不均匀的。,取值方法 一般不需
11、要精确计算的齿轮和30的斜齿圆柱齿轮传动可根据其精度等级由表查取;,主要影响因素 1)受载后轮齿变形; 2)轮齿制造误差(特别是基节偏差); 3)齿廓修形(修缘量); 4)磨合效果。,K =KA Kv K K,4、齿向载荷分布系数K 物理意义考虑工作载荷沿轮齿接触线方向分布不均匀性的影响; 产生原因及影响因素 齿轮传动工作时,由于轴的弯曲和扭转变形、轴承的弹性位移以及传动装置的制造和安装误差等原因,导致齿轮副相互倾斜及轮齿扭曲,最终造成轮齿沿接触线产生载荷分布的不均匀。其影响因素主要有齿轮在轴上位置的安排、轴承及支座的刚度等因素。, 减小载荷分布不均的措施 a) 增大轴、轴承及支座的刚度;b)
12、 合理布置齿轮在轴上的位置;c)选择合理的齿轮宽度;d)提高齿轮传动的制造和安装精度;e)在一对齿轮中把一个齿轮的轮齿制作成鼓形齿等。, 取值方法(P198),K =KA Kv K K,影响沿齿宽方向载荷分布不均匀的因素主要有:,a.轴系刚度及齿轮布置形式;,b.齿轮精度;,d.齿面硬度及跑合效果等。,c.齿轮齿宽;,提高轮齿、轴系部件和箱体的刚度,合理布置齿轮位置(尽可能不用悬臂布置),合理选择齿宽,提高制造和安装精度,对轮齿作鼓形修形等,都有利于改善载荷分布不均匀现象。,第十章 齿轮传动,齿轮传动概述,齿轮传动的失效形式及设计准则,齿轮的材料及其选择原则,齿轮传动的计算载荷,标准直齿圆柱齿
13、轮传动的强度计算,齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择,标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,标准锥齿轮传动的强度计算,齿轮的结构设计,齿轮传动的润滑,10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,(一)轮齿的受力分析,P,5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,(一)轮齿受力分析,圆周力:,径向力:Fr = Ft tan ,总作用力:,主动轮上与啮合点速度方向相反 从动轮上与啮合点速度方向相同,指向各自的轮心,指向齿体,力的大小:,力的方向:,力的作用点: 齿宽中点的分度圆处,2、 斜齿圆柱齿轮受力分析,圆周力:,径向力:,力的大小:,轴向力:,法向力:,Fa,主动轮上与啮合点速度方向相反 从动轮上与啮合点
14、速度方向相同,指向各自的轮心,力的方向:,主动轮Fa1用左、右手定则 从动轮用对应关系求:Fa2=-Fa1,圆周力:,径向力:,轴向力:,左、右手定则: 左旋左手(右旋右手) ,四指顺转向,拇指为Fa1的方向 。,力要画在啮合点上(齿宽中点的分度圆处)且与相应的坐标轴平行。,例题1:,例题2:,有一两级斜齿圆柱齿轮传动,其布置方式如图所示,今欲使轴所受的轴向力大小相等、方向相反,设1=19,试确定第二对齿轮的螺旋角2和轮齿的旋向。已知:z1 =12,z2=30,mn=10mm;z1 =12,z2=45,mn =14mm。,输入轴,中间轴,输出轴,受力分析要点: 1、力要画在啮合点上且与相应的坐
15、标轴平行。 2、要注明是哪个轮所受的何种力。 3、只有主动轮轴向力才能用“左、右手定则”。,Fr1,Ft1,直齿圆锥齿轮受力,圆锥齿轮,3、直齿锥齿轮受力分析,圆周力:,径向力:,力的大小:,轴向力:,x,y,z,一对圆锥齿轮传动,主动轮上与啮合点速度方向相反; 从动轮上与啮合点速度方向相同;,指向各自的轮心;,力的方向:,指向各自的大端;,圆周力:,径向力:,轴向力:,对应关系:,蜗杆涡轮受力,主动轮上与啮合点速度方向相反 从动轮上与啮合点速度方向相同,指向各自的轮心,力的方向:,主动轮Fa1用左、右手定则 从动轮用对应关系求:Fa2=-Ft1,圆周力:,径向力:,轴向力:,圆周力:,径向力
16、:,力的大小:,轴向力:,Fr1 = Ft2 tan t= Fr2,力的对应关系:,旋向(蜗杆蜗轮啮合时) : 蜗杆右旋蜗轮也是右旋 蜗杆左旋蜗轮也是左旋,4、蜗杆传动的受力分析,补充作业1:,n1,n1,试在图中标出蜗轮的转向和蜗轮齿的旋向(蜗杆均为主动),并画出力的作用点和三个分力的方向。,补充作业2:,如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。已知输出轴上的锥齿轮4的转向4。 (1)欲使中间轴上的轴向力能部分抵消,试确定蜗杆与蜗轮轮齿的螺旋线方向和蜗杆的转向。 (2)在图上标出各轮所受轴向力和圆周力的方向。,直齿圆柱齿轮传动的强度计算,直齿圆柱齿轮传动的强度计算包括齿面的接触疲劳强度计算和
17、齿根的弯曲疲劳强度计算。,单对齿啮合的下界点,单对齿啮合的上界点,思路:,直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算,问题:载荷在齿上的作用点和载荷数值? 如何确定齿根危险剖面的位置? 最大应力应包括哪些应力?,第个问题:假定全部载荷Fn由一对轮齿 承受且作用于齿顶并用重合度系数Y来修正误差;,通过分析可见,轮齿在啮合过程中,靠近齿顶和齿根的一段为双对齿啮合,载荷较小;二节点附近为单对齿啮合,将承担全部载荷。因此,单对齿啮合的上界点处有最大的载荷与最大的力臂。因此,应以单对齿啮合的上界点为应力计算点,此时齿根的弯曲应力最大。但考虑到齿轮制造、安装误差的影响,尤其是直齿圆柱齿轮往往只有单对齿啮合。所以,国
18、标又给出了以齿顶处为应力计算点的简化计算方法,有时引入重合度系数Y进行修正。,单对齿啮合的下界点,单对齿啮合的上界点,第个问题:在轮齿的危险剖面上存在三种应力 由Fn cos F 、 由Fn sin c( c 、 较小,只用应力修正系数Ysa(查图)加以考虑),思路:,(二) 直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算,问题:载荷在齿上的作用点和载荷数值? 如何确定齿根危险剖面的位置? 最大应力应包括哪些应力?,第个问题:假定全部载荷Fn由一对轮齿 承受且作用于齿顶并用重合度系数Y来修正误差;,第个问题:30切线法确定危险剖面位置 危险截面:a1a2 s,h,计算公式:,YFa齿形系数,查图,它只与齿形
19、有关(即与、ha*、z、变位系数等有关),而与模数无关,其中:,YSa应力修正系数,查图。,齿数对齿形系数的影响,齿数增加,齿形系数减小,齿根弯曲应力也相应减小。,正变位时:齿根厚度随变位系数的增加而增大,齿形系数相应减小,齿根弯曲应力相应减小; 负变位时:齿根厚度随变位系数的减小而减小,齿形系数相应增大,齿根弯曲应力也相应增大。,齿形系数 应力修正系数,设计计算式,在齿根弯曲疲劳强度计算中,配对齿轮的齿形系数YFa、应力修正系数Ysa、许用弯曲应力F可能不相同。因此,在校核计算时,两齿轮要分别进行;而在使用设计公式时,应取YFa1Ysa1/ F 1和YFa2Ysa2/ F 2中的较大者代入计
20、算。,计算模型:两平行圆柱体相接触的赫兹(1881年提出)公式:,(三)直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算,F法向载荷(N);,v综合曲率半径(mm)。,L接触线长度(mm);,思路:,Z重合度系数;,(三)齿面接触疲劳强度计算防止点蚀,圆柱体接触时的接触应力: 两圆柱体接触区的应力大小相等,第十章 齿轮传动,10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 (三)齿面接触疲劳强度计算,渐开线齿廓的啮合,可视为以接触点齿廓曲率半径形 成的两圆柱体的接触。,综合曲率变化规律: 齿轮啮合时的综合曲率半径随啮合位置的改变而变化。,应用到齿轮中(1908年威得克提出,一直沿用至今):,节点C处:,解释:为什么选择
21、节点为计算点?,计入载荷系数K 后, 得:,ZE弹性影响系数,ZH区域系数(标准直齿轮时=20, ZH =2.5),校核计算式为:,令d=b/d1代入校核计算式,并整理得设计计算式:,设计计算式为:,总结,在齿宽系数、齿数及材料已选定的条件下, 影响齿轮弯曲疲劳强度的主要因素是模数,模数越大,弯曲疲劳强度越高; 在齿宽系数、传动比及材料已选定的条件下,影响齿轮接触疲劳强度的主要因素是直径,直径越大,接触疲劳强度越高;,第十章 齿轮传动,齿轮传动概述,齿轮传动的失效形式及设计准则,齿轮的材料及其选择原则,齿轮传动的计算载荷,标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择,标
22、准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,标准锥齿轮传动的强度计算,齿轮的结构设计,齿轮传动的润滑,10-6齿轮传动的设计参数、许用应力和精度选择,(一)齿轮传动设计参数的选择,压力角越大,齿厚越厚、节点处的曲率半径越大,有利于提高弯曲强度和接触强度。,1.压力角的选择,a不变时,增大z 重合度增加,提高平稳性 模数减小,降低齿高,减小切削量,节省制造费用 减小相对滑动速度,减少胶合、磨损 减小齿厚,减低轮齿的弯曲强度,2.齿数z的选择,z1和z2一般互为质数,z1的选择原则:,闭式软齿面齿轮传动,承载能力主要取决于齿面接触疲劳强度,齿根弯曲疲劳强度一般都富裕。因此,在保证弯曲强度的条件下,为提高传动的平
23、稳性,以齿数多些为好。一般取: z1 =2040。 闭式硬齿面齿轮传动及开式(或半开式)齿轮传动,承载能力主要取决于齿根弯曲疲劳强度;为使轮齿不致过小即m不致过小,故齿数不宜过多,一般取:z1 =1720,d 越大,齿宽越大,承载能力越大,但载荷分布越不均匀。 小齿轮的宽度比大齿轮的宽度宽510mm,以防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿单位齿宽的工作载荷。,3.齿宽系数d的选择 d=b/d1,b2,b1,因此,必须根据齿轮的布置情况和齿面硬度合理地选择齿宽系数。 一般可参考表 选取。,(二)齿轮的许用应力,1 2 结构钢、调质钢3 灰铸铁 球墨铸铁 4 渗碳淬火的渗
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2012 齿轮 传动
链接地址:https://www.31doc.com/p-3015963.html