第11章齿轮传动ppt课件.ppt
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1、第11章 齿轮传动,11-1 轮齿的失效形式,11-2 齿轮材料及热处理,11-3 齿轮传动的精度,11-4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,11-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算,11-6 直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算,11-7 斜齿圆柱齿轮传动,11-8 直齿圆锥齿轮传动,11-9 齿轮的构造,11-10 齿轮传动的润滑和效率,第11章 齿轮传动,作用: 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。,要求: 运转平稳、足够的承载能力。,分类,开式传动 闭式传动,-润滑良好、适于重要应用;,-裸露、灰尘、易磨损,适于低速传动。,设计:潘存云,11-1 轮齿的失效形式,轮齿折断,失效形式,
2、一般发生在齿根处,严重过载突然断裂、疲劳折断。,潘存云教授研制,11-1 轮齿的失效形式,轮齿折断,失效形式,齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时,表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处,齿面越硬,抗点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。,齿面点蚀,11-1 轮齿的失效形式,轮齿折断,失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,高速重载传动中,常因啮合区温度升高而引起润滑失效,致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时,较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。,措施: 1.提高齿面硬度,2.减小齿面粗糙度,3.增加润滑油粘度低速,4.加抗胶合添加剂高速,设计
3、:潘存云,11-1 轮齿的失效形式,轮齿折断,失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损,措施:1.减小齿面粗糙度,2.改善润滑条件,磨粒磨损,跑合磨损,跑合磨损、磨粒磨损。,设计:潘存云,11-1 轮齿的失效形式,轮齿折断,失效形式,齿面点蚀,齿面胶合,齿面磨损,齿面塑性变形,11-2 齿轮材料及热处理,常用齿轮材料,优质碳素钢,合金结构钢,铸钢,铸铁,热处理方法,表面淬火,渗碳淬火,调质,正火,渗氮,一般用于中碳钢和中碳合金钢,如45、40Cr等。表面淬火后轮齿变形小,可不磨齿,硬度可达5256HRC,面硬芯软,能承受一定冲击载荷。,1.表面淬火,-高频淬火、火焰淬火,2. 渗碳淬火,渗碳钢为
4、含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢,如20、20Cr等。齿面硬度达5662HRC,齿面接触强度高,耐磨性好,齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。,调质一般用于中碳钢和中碳合金钢,如45、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为:220260HBS 。因为硬度不高,故可在热处理后精切齿形,且在使用中易于跑合。,3.调质,4. 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。,渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低,轮齿变形小,适用于难以磨齿的场
5、合,如内齿轮。材料为:38CrMoAlA.,5. 渗氮,特点及应用: 调质、正火处理后的硬度低,HBS 350,属软齿面,工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时,因小轮齿根薄,弯曲强度低,故在选材和热处理时,小轮比大轮硬度高: 2050HBS,表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高,属硬齿面。其承载能力高,但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。,详细数据见P161或机械设计手册,11-3 齿轮传动的精度等级,制造和安装齿轮传动装置时,不可避免会产生齿形误差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行误差等。.,误差的影响:,1.转角与理论不一致,影响运动的不准确性;,2.瞬时传动比不恒定,出现
6、速度波动,引起震动、 冲击和噪音影响运动平稳性;,3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀,使轮齿提 前损坏,影响载荷分布的不均匀性。,国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1级最高,12级最低,常用的为69级精度。,按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响,将齿轮的各项公差分成三组,分别反映传递运动的准确性,传动的平稳性和载荷分布的均匀性。,设计:潘存云,设计:潘存云,11-4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷,一、轮齿上的作用力及计算载荷,圆周力:,径向力:,法向力:,小齿轮上的转矩:,P为传递的功率(KW),1-小齿轮上的角速度,,n1-小齿轮上的转速,d1-小齿轮上
7、的分度圆直径,,-压力角,各作用力的方向如图,为了计算轮齿强度,设计轴和轴承,有必要分析轮齿上的作用力。,设计:潘存云,二、计算载荷,上述法向力为名义载荷,理论上沿齿宽均匀分布,但由于轴和轴承的变形,传动装置制造和安装误差等原因载荷并不是均匀分布,出现载荷集中的现象。图示轴和轴承的刚度越小,齿宽b越宽,载荷集中越严重。,Fn-名义载荷,受力变形,制造误差,安装误差,附加动载荷,此外轮齿变形和误差还会引起附加动载荷,且精度越低,圆周速度越高,动载荷越大。,载荷集中,计算齿轮强度时,采用,用计算载荷KFn代替名义载荷Fn以考虑载荷集中和附加动载荷的影响,K-载荷系数,设计:潘存云,齿轮强度计算是根
8、据齿轮可能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中,轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关,而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进行计算。,11-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算,赫兹公式:,“+”用于外啮合,“-”用于内啮合,实验表明:齿根部分靠近节点处最容易发生点蚀,故取节点处的应力作为计算依据。,节圆处齿廓曲率半径:,齿数比: u= z2 /z1 = d2 /d1 1,得 :,中心距 : a=(d2 d1)/2,或 : d1 = 2a /(u 1),= d1(u 1)/2,在节点处,载荷由一对轮齿来承担:,代入赫兹公式得:,引入
9、齿宽系数:a=b/d1,得设计公式:,许用接触应力:,Hlim -接触疲劳极限, 由实验确定,SH -为安全系数,查表11-4 确定。,齿轮的接触疲劳极限Hlim,齿轮的接触疲劳极限Hlim,设计:潘存云,11-6 直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算,假定载荷仅由一对轮齿承担,按悬臂梁计算。齿顶啮合时,弯矩达最大值。,分量F2产生压缩应力可忽略不计,,弯曲力矩: M=KFnhFcosF,危险界面的弯曲截面系数:,弯曲应力:,危险截面:齿根圆角30 切线两切点连线处。,齿顶受力:Fn,可分解成两个分力:,F1 = Fn cosF F2 = Fn sinF,-产生弯曲应力;,-压应力,小而忽略。,hF
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