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1、第十章 齿轮传动 (Transmission 0f Gears),1.教学目标 1.掌握齿轮传动的失效形式和设计准则,常用的材料及热处理方法。 2.标准直齿圆柱齿轮传动的设计和强度校核方法; 2.了解和掌握斜齿圆柱齿轮传动的设计方法; 3.掌握圆锥齿轮传动设计的特点。 2教学重点和难点 重点:齿轮传动的失效形式和设计准则,受力分析,圆柱齿轮传动的设计和强度校核方法。 难点:齿轮传动的受力分析。,第一节 特点、类型及设计基本要求,一 、传动特点,缺点:,制造和安装精度要求较高;,不适宜用于两轴间距离较大的传动。,低精度齿轮传动时,噪声和振动较大;,工作可靠性高,使用寿命长,优点:,传动比恒定,传
2、动效率高,结构紧凑,传递功率范围大,圆周速度,可达99,在常用的机械传动中,其效率最高。,可达数十千瓦。,可达200m/s 。,二、传动类型,两轴平行的圆柱齿轮传动 两轴相交的圆锥齿轮传动 两轴交错的齿轮传动,渐开线齿廓和非渐开线齿廓,开式传动和闭式传动,(一)按照两轮轴线间的相对位置不同分为:,(二)按齿廓曲线分为:,(三)按工作条件分为:,1、传动平稳保证瞬时传动比不变,要求不同程度的工作平稳性指标,使齿轮传动中产生的振动、噪声在允许的范围内,保证机器的正常工作; 2、承载能力高即要求齿轮尺寸小、重量轻,能传递较大的力,有较长的使用寿命。也就是在工作过程中不折齿、齿面不点蚀,不产生严重磨损
3、而失效。 在齿轮设计、生成和科研中,有关齿廓曲线、齿轮强度、制造精度、加工方法以及热处理工艺等,基本上都是围绕这两个基本要求进行的。,三 、设计基本要求,第二节 齿轮传动的失效形式 和设计准则,2. 齿面疲劳点蚀(pitting),1轮齿折断(breakage),3齿面磨损(abrasive wear),4. 齿面胶合(gluing),5. 齿面塑形变形(ridging),齿轮传动的失效主要是指齿轮轮齿的破坏。分为5种:,至于齿轮的其它部分,通常都是按经验进行设计,所以确定尺寸对强度来说都是很富裕的,在实际工程中也极少破坏。,一 、失效形式(Failure),一、轮齿折断(打牙),全齿折断常发
4、生于齿宽较小的直齿轮,局部折断常发生于齿宽较大的直齿轮和斜齿轮,(一)损伤原因, 疲劳折断, 过载折断,1、轮齿就好象一个悬臂梁,在受外载作用时,在其轮齿根部产生的弯曲应力最大。 2、在齿根过渡部位尺寸发生急剧变化,以及加工时沿齿宽方向留下加工刀痕而造成应力集中的作用。 3、由于轮齿材料对拉应力敏感。,(二)损伤部位,疲劳裂纹往往从齿根受拉一侧开始发生。,(三)措施,1、减小应力集中,增大齿根圆角半径,消除加工刀痕; 2、保持接触线上的受力均匀性,增加轴和轴承的刚度; 3、提高表面硬度,如喷丸、碾压处理; 4、提高内部材料的韧性,如采用合适的热处理; 5、增大齿根厚度,如采用正变位齿轮。,二、
5、齿面疲劳点蚀,在润滑良好的闭式齿轮传动中,由于齿面材料在交变接触应力作用下,因为接触疲劳产生贝壳形状凹坑的破坏形式称为点蚀,是一种常见的齿面破坏形式。,1、节线附近常为单齿对啮合区,轮齿受力与接触应力最大;,2、当轮齿在靠近节线处啮合时,相对滑动速度低,带油效果差,不易形成油膜,摩擦力较大;,3、润滑油挤入裂纹,使裂纹扩张。,(一)损伤部位,点蚀常发生于偏向齿根的节线附近。,(二)损伤原因,(三)措施,1、限制齿面接触应力; 2、提高齿面硬度和齿面质量; 3、采用粘度较高的润滑油。, 点蚀常发生于闭式软齿面(HBS350)传动中, 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关,齿面上最初出现的点蚀随材料不
6、同而不同,一般出现在靠近节线的齿根面上,最初为细小的尖状麻点。当齿面硬度较低、材料塑性良好,齿面经跑合后,接触应力趋于均匀,麻点不再继续扩展,这是一种收敛性点蚀,不会导致传动失效。但当齿面硬度较高、材料塑性较差时,点蚀就会不断扩大,这是一种破坏性点蚀,是一种危险的失效形式。, 开式传动中一般不会出现点蚀现象,三、齿面胶合,对于某些高速重载的齿轮传动(如航空发动机的主传动齿轮),齿面间的压力大,瞬时温度高,油变稀而降低了润滑效果,导致摩擦增大,发热增多,将会使某些齿面上接触的点熔合焊在一起,在两齿面间相对滑动时,焊在一起的地方又被撕开。于是,在齿面上沿相对滑动的方向形成沟痕(齿顶部分),这种现象
7、称作胶合。,低速重载传动时,摩擦热虽不大,但也不易形成油膜, 也可能因重载而出现冷焊粘着现象。,措施: 1)采用特殊的高粘度齿轮油,或在润滑油中添加抗胶合剂; 2)通过冷却限制齿面接触温度; 3)选用抗胶合性能好的齿轮副材料; 4)材料相同时,使大、小齿轮保持适当的硬度差。,(四)齿面磨损,是开式传动的主要失效形式。,措施:1)提高齿面硬度;2)降低表面粗糙度;3)降低滑动系数;4)改善润滑和密封条件、经常清洁润滑油(闭式),磨粒磨损,研磨磨损,(五)齿面塑性变形,措施:提高齿面硬度,采用粘度较大的润滑油,若轮齿的材料较软,载荷及摩擦力又都很大时,齿面材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形,这种
8、情况一般发生在硬度较低的齿面上。,由于在主动轮齿面的节线两侧齿顶和齿根的摩擦力方向相反,因此在节线附近形成凹槽;从动轮则相反,由于摩擦力方向相对,在节线附件形成凸脊。,1、对于闭式软齿面齿轮传动(encased soft tooth surface gearing)中(硬度350HBS或 HRC350HBS或HRC38),齿根折断是主要的失效形式。在设计计算时,通常先按齿根弯曲疲劳强度确定,再校核其齿面接触疲劳强度; 3、对于开式齿轮传动(open gearing),其的失效形式是齿面磨损。由于齿面磨损后造成轮齿变薄,产生断齿,故按弯曲疲劳强度计算进行设计。为了补偿因齿面磨损减薄而造成强度削弱
9、,通常将计算得到的模数加大1015 。,二 、设计准则( Design Criteria ),第三节 直齿圆柱齿轮传动的设计计算(Design of Spur Gears),一、齿轮上的受力分析(forces on spur gear teeth),在驱动力矩T1作用下,主动轮齿沿啮合线受到来自从动轮齿的法向力Fn1作用。由于直齿圆柱齿轮法面与端面重合,因此,在端面内Fn1可分解成圆周力Ft1和径向力Fr1。,径向力 (radial force),圆周力 (tangential force), 各力的方向:,各力关系:作用在主动轮和从动轮上的对应力等值反向 ,即,各作用力方向判断,Ft1与主动
10、轮回转方向相反,Ft2与从动轮回转方向相同,Fr1 、Fr2分别指向各自齿轮的轮心,注意: 各力应画在啮合点上!,名义载荷:机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到的载荷。如P、T、Fn等。(用理论力学方法求出的载荷),二、计算载荷,计算载荷:考虑原动机和工作机的不平稳,轮齿啮合时产生的动载荷,载荷沿齿面接触线分布不均匀及载荷在同时啮合齿间分配不均匀等因素对齿轮强度的不利影响,应对名义载荷进行修正,即给名义载荷乘以一个修正系数,称为载荷系数K。名义载荷的修正值称为计算载荷。 如 Pc、Tc、Fnc 等。,即 Ftc = KFt K = KA Kv K K,用以考虑齿轮外部工作条件产生的动载荷。它取
11、决于原动机和工作机的性质、联轴器的缓冲能力等因素,它应该通过精密测量或对传动系统有关因素全面计算求得。一般计算可以查表P193表10-2。,2)动载系数(Dynamic factor) Kv,用以考虑齿轮副在啮合过程中因啮合误差(齿距误差、齿形误差、轮齿变形等)和运转速度不均匀而引起的内部动载荷,所以,Kv决定于齿轮的制造精度及圆周速度,可以由P194图10-8中查出。,1)使用系数(Application factor)KA,为了减小动载荷,可将轮齿进行齿顶修缘,即把齿顶的小部分齿廓曲线(分度圆压力角=20的渐开线)修正成20的渐开线。,3)齿间载荷分布系数(Load partition f
12、actor) K,是为了考虑载荷在同时啮合的各对齿轮之间分配不均匀的影响系数。可以从P195表10-3中查取。,4)齿向载荷分布系数(Load distribution factor) K,传动工作时,由于轴的弯曲变形和扭转变形、轴承的弹性位移以及传动装置的制造和安装误差等原因,将导致齿轮副相互倾斜及轮齿扭曲,从而导致载荷沿齿宽方向分布不均匀,可以由P196表10-4查出。,三、齿面接触疲劳强度计算 (Contact Fatigue Strength of Spur Gear Teeth),在未受载荷时,两圆柱体沿其母线相接触,这时我们称作初始线接触。在受载荷后,由于材料的弹性变形,接触线变成
13、宽度为2a,长度为b的矩形接触带。,显然,在此接触面积内,接触应力的分布是不均匀的,在初始接触线上有最大的压应力,我们称为接触应力。一般用 H表示,其大小的值就是著名的赫兹公式。,直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算是防止齿面点蚀破坏的计算方法,其理论依据是两平行圆柱体的接触应力理论。,赫兹公式:,式中: 代表两接触圆柱体的半径(接触点曲率半径); 分别代表材料的弹性模量和泊桑比; 号中的“+”用于外接触,“-”号用于内接触。,前面我们在分析齿轮失效时,已经说过,点蚀往往先发生在靠近节线的齿根面上,所以可以把在节点P处的接触应力值作为计算的依据。,所以:,在节点处齿廓的曲率半径分别为:,其中,故 减速
14、传动时,ui;增速传动时u1/i。,啮合齿面上啮合点的综合曲率半径,代入赫兹公式有:,令,所以:,(MPa),节点区域系数(zone factor),对于标准直齿轮, 。,ZE称作弹性影响系数(elastic coefficient),查P201表10-6。,按齿面接触疲劳强度设计齿轮时,需确定小齿轮的分度圆直径。不过需引入齿宽系数,将其代入接触强度校核公式整理可以得到 设计计算公式如下:,强度校核公式为:,P203式(10-9),注意:,所以:,校核公式和设计计算公式中的许用接触应力H,应按下式计算,其中 Hlim为失效概率为1%时齿轮的接触疲劳极限,通过实验获得,可查P209-P210图1
15、0-21。,SHmin为接触强度的最小安全系数,一般SHmin=1 。,KHN为考虑应力循环次数影响的寿命系数,可查P207图10-19。,其中,j齿轮每转一周,同一侧齿面的啮合次数; n齿轮的转速,r/min; Lh齿轮的设计寿命,h。,设计新的齿轮传动时,若传动尺寸未知,也无法求出有关参数K、Kv、K,所以用上式无法进行设计计算。为此,可试选一载荷系数Kt=1.21.4,计算出d1t,然后按d1t计算出圆周速度,查取K、Kv、K,计算K。若K和Kt相差不多,就不必再修改原计算;若相差很大,则按下式校正。,许用接触应力H0.9Hlim,或当大小齿轮均为钢制时, 可采用下列简化公式:,计算时将
16、轮齿看作为悬臂梁,危险截面用30切线法确定。 作与轮齿对称中心线成30夹角并与齿根圆角相切的斜线,两切点连线则是危险截。 轮齿长期工作后,受拉一侧先产生裂纹,所以齿根弯曲疲劳强度应以受拉一侧为计算依据。,四、齿根弯曲疲劳强度计算,s,h,法向力Fn分解为与轮齿圆周方向相一致的F1和与径向方向相一致的径向力F2。,弯矩:M =,F1 h,危险截面的弯曲截面系数:W = b s2/6(矩形截面),h,s,将M、W的结果代入危险截面的弯曲应力公式,得:,令:,齿形系数,正常齿制标准齿轮YFa见P200表10-5。,计入载荷系数K、应力修正系数Y Sa得到齿根弯曲强度的校核公式:,YSa应力修正系数。
17、用于综合考虑齿根过渡曲线处的应力集中和除弯曲应力外其余的应力对齿根应力的影响,可查P200表10-5。,注意:,所以,两齿轮都需校核:,1、计算中,代入YF1 YS1 /F1 和YF2 YS2 /F22中比值较大值。计算后的模数应圆整为标准模数值。,引入齿宽系数,可推导出齿根弯曲强度设计公式:,则:,注意:,2、计算后的模数应圆整为标准模数值。,其中 Flim失效概率为1%时的齿根弯曲疲劳极限,由P207-P208图10-20查取;当轮齿为双侧工作的齿轮时,将数据乘以0.7; SFmin为轮齿弯曲疲劳强度的最小安全系数,一般取SFmin =1.251.5。 KFN为弯曲疲劳强度计算的寿命系数,
18、可由P206图10-18查取。,弯曲许用应力计算式:,例:有一对标准直齿圆柱齿轮,已知模数m=5mm,齿数z1=21、z2=73,小齿轮的YFa1=2.8 、YSa1=1.56、 YF 1=314MPa ,大齿轮的YFa2=2.28 、YSa2=1.76、 YF2=286MPa ,且小齿轮的齿根弯曲应力F1=306MPa,问哪一个齿轮的接触应力大?哪一个齿轮的弯曲疲劳强度大?,解:,小齿轮:,可知: 值越大,强度越低。,大齿轮:,第四节 斜齿圆柱齿轮传动设计,1受力分析,根据图中力的关系,有:,圆周力,径向力,轴向力,法向力,由于轴向载荷Fa与螺旋角的正切成正比,为了不使轴向力过大而使(齿轮)
19、轴的轴承设计发生困难,通常规定820。对于人字齿轮,1540,各作用力方向的判断,圆周力Ft,在主动轮上上阻力,与其回转方向相反;在从动轮上上驱动力,与其回转方向相同。,径向力Fr,分别沿直径方向指向各自的轮心。,轴向力Fa,取决于齿轮的回转方向和轮齿的螺旋线方向,用“主动轮左右手法则”判别。,当主动轮为右旋时,右手四指的的弯曲方向代表主动轮的回转方向,大拇指的方向表示轴向力的方向;当主动轮为左旋时,相反。,口诀:周相切(主反从同),径向心,轴向力按主动轮“左右手法则”进行。,1 主动,2,1 主动,2,齿轮4旋向,1.转向:,2.齿轮2旋向:,3.齿轮1受力,圆周力Ft1,径向力Fr1,轴向
20、力Fa1,4.齿轮2受力,圆周力Ft2,径向力Fr2,轴向力Fa2,5.齿轮3受力,圆周力Ft3,径向力Fr3,轴向力Fa3,圆周力Ft4,径向力Fr4,轴向力Fa4,7.齿轮3旋向,二级斜齿圆柱齿轮的受力分析,解:,6.齿轮4受力,斜齿轮传动时,利用赫兹公式计算节圆上的接触应力。此时,须按法面齿廓节点P处的曲率半径作为依据。,传动比,2齿面接触疲劳强度计算,所以,代入赫兹公式,通过推导可以得到按接触疲劳强度而定的校核公式为:,其中,(弹性系数,参见P201表10-6),(节点区域系数,参见P217图10-30),同样地,与直齿轮相似,可以导出设计用的公式为:,考虑斜齿轮倾斜接触线对载荷的影响
21、,则上式变为:,这里,其中,表示小齿轮的端面重合度;,表示大齿轮的端面重合度。,参见P215图10-26,斜齿轮的齿根弯曲应力通常按法面当量直齿圆柱齿轮进行计算,分析的应为法向截面,模数应为法向模数mn。考虑接触线倾斜对弯曲强度的影响,再引入一个螺旋角系数 。 查P217图10-28。,3齿根弯曲疲劳强度计算,引入齿宽系数,得到设计公式:,校核公式为:,YFa为齿形系数。正常齿制标准齿轮YFa见P200表10-5。 YSa为应力修正系数,可查P200表10-5。,校核公式仍分别按大小齿轮进行校核,在设计计算公式中,仍用 值较大者代入计算。,第五节 直齿圆锥齿轮的传动设计,一受力分析,实际上,大
22、端处单位齿宽上的载荷比小端处单位齿宽上的载荷要大,通常近似地将法向力简化为作用于齿宽中点节线处的集中载荷Fn。即作用在分度圆锥平均直径dm1处。若忽略接触面的摩擦力,则作用在平均分度圆直径dm1处的法向剖面NN的法向力,可以分解成三个互相垂直的空间分力:圆周力Ft 、径向力Fr和轴向力Fa ,如图所示。,根据几何和平衡关系有:,dm1可根据分度圆直径d1、锥距R和齿宽b确定,即,圆周力,法向力,径向力,轴向力,R齿宽系数,一般取值为0.250.35,口诀: 周相切(主反从同), 径向心, 轴向力分别指向各齿轮的大端。, 各力的方向:,主从动轮各力关系:,例:如图所示为一对直齿圆锥齿轮与一对斜齿
23、圆柱齿轮传动机构,动力从轴输入,从轴输出,输出轴(轴)转向如图所示。试求: (1)在图上画出其余各轴的转向。 (2)为使轴的轴承所受的轴向力最小,在图上标出齿轮3、4的螺旋线方向。 (3)画出轴上齿轮2和齿轮3所受各力的方向。 (4)分别作出齿轮1和4所受圆周力和轴向力的方向。,直齿圆锥齿轮的失效形式及强度计算的依据与直齿圆柱齿轮基本相同,可近似地按齿宽中点的一对当量直齿圆柱齿轮传动来考虑。将当量齿轮的有关参数代入直齿轮公式,经过整理得到按齿面接触疲劳强度的校核和设计公式分别为:,二齿面接触疲劳强度计算,K、ZE、H值与直齿圆柱齿轮相同。,利用当量直齿圆柱齿轮受法向载荷作用于齿顶的模型,可以得
24、到齿根弯曲疲劳强度的校核和设计公式分别为:,三齿根弯曲疲劳强度计算,齿形系数YFa值按当量齿数zvz/cos查P200表10-5, 应力修正系数YSa值按当量齿数zv查P200表10-5 。,第六节 基本设计参数的选择,1)齿面具有足够的硬度,以获得较高的抗点蚀、抗磨损、抗胶合和抗塑性流动的能力; 2)齿芯部有足够的韧性,以获得较高的抗弯曲和抗冲击载荷的能力; 3)具有良好的加工工艺性和热处理工艺性能使之便于加工且便于提高其力学性能; 4)经济。,根据轮齿失效形式的分析可以知道,齿轮材料应具备如下性能:,总的要求就是:齿面硬度要高、齿芯韧性要好。,一、齿轮材料及热处理方法,金属材料,优质碳素钢
25、,中碳合金钢,铸钢,低碳合金钢,铸铁,非金属材料,一般齿轮毛坯多用锻件选可锻材料(如碳素钢、合金钢); 齿轮结构尺寸较大时毛坯采用铸造选可铸材料。,热处理,调 质,正 火,表面淬火,渗碳淬火,渗氮,适于中碳钢,载荷平稳或轻度冲击,适于中碳钢,调质或正火后进行,轮齿变形小,适于中等冲击,软 齿 面,硬 齿 面,适于中碳钢,可用于中等冲击载荷,适于低碳钢,轮齿变形大,需磨齿,适于重载、高速、冲击载荷,表面硬度高,变形小,适于内齿轮和难于磨削的齿轮,但硬化层薄,不耐冲击,适于载荷平稳且润滑良好的齿轮,2)相啮合的一对齿轮,小齿轮齿面硬度要比大齿轮齿面硬度高3050HBS。因为当小齿轮与大齿轮的齿面具
26、有较大的硬度差时,在运转过程中较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面,会有显著的冷作硬化效应,提高大齿面的疲劳极限,其接触疲劳强度约可以提高20%。,选择材料时具体可参考下述方法:,1)软齿面齿轮:工艺简单、生产率高,故比较经济。但因为齿面硬度不高,限制了承载能力,故适用于载荷、速度、精度要求均不很高的场合。硬齿面齿轮承载能力高,但成本也高,故适用于载荷、速度、精度要求高的重要齿轮。,4)在小功率和精度要求不高的高速齿轮传动中,为了减少噪声,其小齿轮常用尼龙、夹布胶木、聚甲醛等非金属材料制造,但配对的大齿轮仍用钢或铸铁制造。,3)由于锻钢的力学性能优于同类铸钢,所以齿轮材料应优先选用锻钢。对于结构
27、复杂的大型齿轮,受锻造工艺和设备的限制,可采用铸钢制造。如低速重载的轧钢设备、矿山机械的大型齿轮等。,根据齿面硬度高、齿芯韧性好的要求,主要选用各种钢材,由于钢材经过适当的热处理就具有这种综合性能。在特殊场合才使用铸铁及各种非金属材料等。,二、精度等级,GB/T 10095.1-2001对轮齿同侧齿面偏差规定了0-12级共 13个精度等级,其中0级精度最高,12级精度最低。,GB/T 10095.2-2001对齿轮径向综合偏差规定了4-12级共 9个精度等级,其中4级精度最高,12级精度最低。,1、精度等级的规定及选择,GB/T 10095-2001规定了渐开线圆柱齿轮精度等级。(2项标准和4
28、项国家标准化指导性技术文件),标准中的5级精度是基础级,一般10-12级为低精度等级,6-9级为中等精度等级,3-5级称为高精度等级,0-2级属于将来发展的特高精度等级。,精度等级的选择常常是采用经验比较法。(参见P210表10-8),若齿轮各检验项目的精度等级不同时,则须在精度等级后面用括弧加注检验项目。例如,2、标注,齿轮的检验项目具有相同精度等级时,只需标注精度等级和标准号。例如 :,8 GB/T 10095.12001,6(F)7(Fp、F) GB/T 10095.12001,开式传动或手动机械可以达到812。对传动比无严格要求的一般齿轮传动,实际传动比允许有35的误差。,单级闭式传动
29、,一般 。,二级齿轮传动适于 。,三、传动比i,传动比过大,则大小齿轮尺寸悬殊,会使传动的总体尺寸增大,且大小齿轮强度差别过大,不利于传动。,通常在二级传动中,低速级中心距大于高速级中心距,为使两级大齿轮直径相近,应使高速级传动比大于低速级。,三级或三级以上的传动适于 。,为了提高开式传动的耐磨性要求有较大的模数,因而齿数应少一些,一般取z1 = 1720。,闭式软齿面传动尺寸主要取决于接触疲劳强度,齿轮齿数取多一些以增大端面重合系数,改善传动平稳性;模数减小后,降低齿高,使齿顶圆直径减小,从而减少了齿轮毛坯直径,减少切削用量,节省制造费用。,对于闭式硬齿面齿轮传动,首先应具有足够大的模数以保
30、证齿根弯曲疲劳强度,为减小传动尺寸,其齿数一般可取z1=1720。,四、齿数z和模数m,对于闭式软齿面齿轮传动,适于小模数大齿数,通常选取z1 =2440。,减速器中的齿轮传动,通常取m(0.0070.02)a(a为中心距mm)。动力传动中,通常应使m1.52.0mm。,对于多级齿轮传动,由于转矩从高速级向低速级增大,因此设计时应使低速级的齿宽系数比高速级大些,以便协调各级的尺寸。,五、齿宽系数d和齿宽b,齿宽系数选择参见P125表7-12。,当d1一定时,齿宽系数取大值时,齿宽b增加,可提高齿轮的承载能力。当齿宽b 一定时,齿宽系数取大值时,可减小两轮分度圆直径d1和中心距,进而减小传动装置
31、的径向尺寸,所以齿宽系数不能小。,但增大齿宽会使载荷沿齿宽方向分布不均匀更加严重,导致偏载发生。,一般为补偿加工和制造的误差,应使小齿轮比大齿轮款510mm。,第七节 齿轮结构设计及齿轮传动的润滑,一齿轮结构设计,前面我们介绍的齿轮设计只是轮齿部分,但作为一个完整的齿轮,除了轮齿以外还必须有轮缘(flange) 、轮辐(spoke)及轮毂(hub)等部分,才能完成传递功率或运动的任务。轮缘是齿轮的工作部分。轮毂是齿轮与轴的联接部分,轮缘与轮毂则用轮辐联接成一整体。轮缘、轮辐和轮毂部分设计不当,齿轮也会在这些部位出现破坏,例如轮缘开裂、轮辐折断、轮毂破坏等。,1)锻造齿轮,对于齿轮齿顶圆直径小于
32、500mm的齿轮,一般采用锻造毛坯,并根据齿轮直径的大小常采用以下几种结构形式。,(1)齿轮轴,当齿轮的齿根直径与轴径很接近时,可以将齿轮与轴作成一体的,称为齿轮轴。齿轮与轴的材料相同,可能会造成材料的浪费和增加加工工艺的难度。,齿顶圆直径小于160mm(当轮缘内径D与轮毂外径相差不大时,而轮毂长度要大于等于1.6倍的轴径尺寸)时可以采用这种实体式结构。,(2)实体式齿轮,如果e尺寸无法保证,就要采用齿轮轴结构。,当直径大于160mm时,为了减轻重量,节约材料,常采用腹板式结构。对于腹板式结构,当直径接近500mm时,可以在腹板上开出减轻孔,一般也不设加强筋,而是将腹板作的厚一些。此时,轮毂长
33、度一般不应小于齿轮宽度,可以略大,也可以对称,也可以偏向一侧。,(3)腹板式结构,齿顶圆直径大于300mm时可以做成带加强筋的腹板结构;当齿顶圆大于400mm时常做成轮辐结构。,2)铸造齿轮,对于铸造和锻造齿轮设计可以参照经验公式进行,结构尺寸计算后要圆整成最近的标准整数(对于机械设计,国家规定有标准尺寸系列,一般情况下,都要符合国家标准)。,3)镶套齿轮,对于尺寸较大而需要用的贵重金属(相对而言,例如45号钢和40Cr钢)齿轮,要采用组装齿轮结构,以节约材料。,二齿轮传动润滑,将一种具有润滑性能的物质加入到摩擦副表面之间,以达到抗磨减摩的作用。,1)润滑的定义,2)润滑的功用,(1)抑制磨损
34、。,齿面的磨损主要为磨粒磨损粘着磨损(胶合)。,润滑的抗磨粒磨损的能力主要取决于啮合表面形成油膜,只要油膜厚度大于磨粒尺寸,就可以起到防止或减轻磨粒磨损的作用。,为了增强润滑剂的抗胶合能力,常在润滑油中加入添加剂。,(2)减小摩擦,提高传动效率。,(3)冷却齿轮传动,带走摩擦产生的热量,避免形成齿面烧伤或胶合,(4)缓冲减震,降低齿轮传动振动、冲击和噪声。,(5)防止锈蚀,润滑油具有一定的抗氧化能力和抗腐蚀能力。,3)润滑剂及主要性能,润滑油的命名由三部分组成:类别 品种 数字,L AN 46,润滑剂 全损耗系统用油精制的矿物油 按GB 3141规定的粘度等级(40运动粘度中心值)(参见P53
35、表4-1),4)齿轮润滑剂的选择 齿轮常用的润滑油的粘度值是根据齿轮的圆周速度选择的,P234表10-11列出齿轮常用润滑油, P235表10-12列出齿轮常用润滑油的粘度推荐值。 根据粘度值,参考齿轮传动所处的条件,进行润滑油的选择。在具体选择时,粘度应根据具体条件作适当的调整。例如:速度高时,可适当降低粘度,反之可稍稍加大粘度。 在温度高时,应在油中加入抗脱氧剂及防锈添加剂。 如果齿轮和轴承要用同一油池中的油润滑,要进行折中选择。 在开式齿轮传动中,使用润滑脂时,它没有冷却效果,所以要求工作温度低于润滑脂滴点,同时要考虑耐水性等条件。,5)润滑方法及油量选择,大齿轮浸入一个齿高,对于多级齿轮传动的高速级,可以采用带油轮。由于大齿轮或带油轮可以将油带起,溅落到被润滑处,也称为飞溅润滑。此时要求齿轮线速度不高于 。对于单级,每传递1Kw功率约需要0.35L或更多的油量,多级传动可以按比例(级数)增加。,开式齿轮传动速度较低,一般采用润滑脂或定时滴油润滑。闭式齿轮传动常利用浸油法或喷油法润滑。,1)浸油法,
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