第五章齿轮传动.ppt
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1、第五章 齿轮传动,东北大学机械工程与自动化学院 巩云鹏,5-9 齿轮传动的润滑,5-2 齿轮传动的失效形式、计算准则和材料,5-8 变位齿轮传动的强度计算,5-7 标准直齿圆锥齿轮传动的强度计算,5-6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,5-5 齿轮精度、设计参数选择及许用应力,5-4 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,5-3 齿轮传动的载荷计算,5-1 概述,目 录,5-10 常用齿轮结构,5-1 概述,一、齿轮传动的特点 1、直径、速度、功率范围广 2、效率高、寿命长、可靠性高, 3、传动比恒定 4、可实现平行轴、相交轴及间交错轴的传动 5、 要求制造精度高 6、 不适于大中心距传动,5-1
2、概述,1、按轴线位置,二、分类,2、按齿面硬度,(1)平行轴传动-圆柱齿轮 (直齿、斜齿、人字齿;内外),(2)相交轴传动-圆锥齿轮 (直齿、螺旋伞齿),(3)相错轴传动-蜗轮蜗杆 螺旋齿轮,5-1 概述,三、要求 1、传动平稳瞬时传动比恒定 2、强度高、寿命足够,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,1.轮齿折断,2.齿面点蚀,3.齿面胶合,4.齿面磨损,5.轮齿塑变,一、齿轮传动的失效形式,齿面剥落,F,齿根裂纹起始点,1.轮齿折断,(1)过载断齿:意外超载,(2)疲劳断齿:交变载荷反复作用,(硬齿面齿轮) 齿根圆角应力集中,产生疲劳裂纹、扩展、断齿,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,
3、措施:增大齿根过渡圆角,降低齿根粗糙度,改善材料性能,2.齿面点蚀(闭式、软齿面齿轮),点蚀:交变接触应力反复作用, 齿面产生微裂纹,疲劳扩展、点蚀,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,措施:提高齿面硬度,降低表面粗糙度、提高润滑油粘度,齿面点蚀机理,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,3.齿面胶合 (高速、重载齿轮),齿面胶合: 高压、高速,油膜破裂; 啮合局部高温,齿面焊接; 相对运动撕裂、涂抹,热胶合,冷胶合,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,措施:提高齿面硬度,降低齿面粗糙度, 采用含抗胶合添加剂的润滑油。,4.齿面磨损 (开式齿轮),齿面磨损: 磨料进入齿面间; 相对运动齿面
4、磨损。,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,措施:采用闭式传动或加防尘罩,保持润滑油清洁。,5. 轮齿塑变,从动齿节线起脊,主动齿节线出沟,(1)齿面塑变: 齿面较软,材料沿摩擦力方向流动,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,措施:提高齿面硬度,用 减摩性好的润滑剂,(2)齿体塑变,材料较软,载荷过大,轮齿整体塑变移位。,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,措施:提高轮齿硬度,二、齿轮失效形式与极限转矩的关系,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,三、设计准则,1、 闭式齿轮传动 主要失效形式 软齿面(齿面硬度350HBS),齿面点蚀 硬齿面(齿面硬度350HBS),断齿、点蚀(剥落)
5、设计准则 按齿面接触强度设计 定参数 按齿根弯曲强度校核,2、开式齿轮传动 主要失效形式:齿面磨损和断齿 设计准则:(条件性)按齿根弯强度设计, 定参数 降低许用齿根弯应力,考虑磨损的影响,取,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,四、齿轮材料,1.基本要求:齿面硬,齿芯韧。,2.常用材料: 优质碳钢,合金钢,铸铁,非金属材料 优先采用锻制或轧制钢材。 大尺寸齿轮受锻造设备限制或形状复杂时采用铸钢。 开式齿轮可用铸铁(球墨铸铁高强、耐磨) 高速小功率以传递运动为主的齿轮可用非金属材料,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,3.热处理方法,(1)渗碳淬火 材料:低碳钢、低碳合金钢:如20,20C
6、rMnTi等 (含碳0.15 0.25%) 特点:齿面硬度5662 HRC,芯部韧性较高 接触强度高,耐磨性好,抗冲击载荷能力强。 应用:对尺寸和重量有严格要求的重要设备中。,(2)表面淬火(感应淬火、火焰淬火) 材料:中碳钢,中碳合金钢 如45,40Cr等。 特点:齿面硬度4050 HRC,芯部未淬硬有较高的韧性; 接触强度高,耐磨性好,能承受一定的冲击载荷。,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,3.热处理方法,(3)调质(淬火+高温回火改善综合机械性能) 材料:中碳钢,中碳合金钢 特点:齿面硬度160280 HBS 承载能力相对较低,制造成本低, 应用:对尺寸和重量没有严格限制的一般机械
7、设备中。 要求:齿面硬度差=HBS1-HBS2=2050 HBS,(4)正火(调整组织、消除应力) 材料:中碳钢,铸钢,铸铁 。 特点:承载能力低,制造成本低。 应用:强度要求不高的中碳钢齿轮,铸钢、铸铁齿轮。,5-2 齿轮失效形式、设计准则与材料,一、名义载荷,5-3 齿轮传动的载荷计算,二、计算载荷,5-3 齿轮传动的载荷计算,1. 使用系数,5-3 齿轮传动的载荷计算,齿轮外部因素引起的动载, 与原动机、工作机、联轴器特性有关(表5-3),5-3 齿轮传动的载荷计算,2. 动载系数,齿轮内部因素引起的附加动载荷 查图5-4,(1)基节误差:pb不同2突变冲击载荷 (2)齿形误差:ff (
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