1、機(jī)械設(shè)計,第9章 齒輪傳動,1,上課資料,下一頁,9.1 概述,常用傳動方式： 開式傳動：潤滑差，常用于低精度、低速傳動； 閉式傳動：齒輪置于封閉嚴(yán)密的箱體內(nèi)，精度高。 潤滑及防護(hù)條件好。,9.1.1齒輪傳動的特點,功率、速度范圍廣 效率高; 結(jié)構(gòu)緊湊; 工作壽命長; 傳動比準(zhǔn)確,9.1.2齒輪傳動的類型,2,上課資料,措施： 增大齒根圓角半徑； 正變位，和增大模數(shù)； 強(qiáng)化處理：噴丸、滾壓處理；,下一頁,9.2齒輪傳動的失效方式、和設(shè)計準(zhǔn)則,9.2.1 失效形式,齒根彎曲應(yīng)力大； 齒根應(yīng)力集中,1.輪齒折斷,3,上課資料,.輪齒折斷實物,下一頁,4,上課資料,提高材料的硬度； 加強(qiáng)潤滑，提高油

2、的粘度,下一頁,2、齒面點蝕,輪齒在節(jié)圓附近一對齒受力載荷大； 滑動速度低形成油膜條件差； 接觸疲勞產(chǎn)生的小裂紋-擴(kuò)展-脫落 -凹坑 。,5,上課資料,下一頁,6,上課資料,砂粒、金屬屑、非金屬物等磨料性物質(zhì) 磨損在齒頂和齒根部磨損較嚴(yán)重,措施：改善密封、加強(qiáng)潤滑；開式改閉式傳動,下一頁,3、齒面磨損,7,上課資料,齒頂磨損,下一頁,8,上課資料,高速重載；散熱不良； 滑動速度大； 齒面粘連后撕脫,措施： 減小模數(shù)，降低齒高； 抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油； 材料的硬度及配對,下一頁,4、齒面膠合,9,上課資料,.齒面膠合,下一頁,10,上課資料,措施：材料的選擇及硬度,下一頁,5、齒面塑性變形,11

3、,上課資料,相對滑動速度,下一頁,12,上課資料,下一頁,13,上課資料,塑性變形,下一頁,14,上課資料,磨損、塑性變形,主動輪塑性變形,下一頁,15,上課資料,彎曲折斷,點蝕,膠合,磨損,塑性變形,現(xiàn)象與原因？ 改進(jìn)措施？,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,下一頁,齒輪的5種失效形式,16,上課資料,閉式傳動：按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計算。,軟齒面（350HBS）：主要失效形式，疲勞點蝕；其次，疲勞折斷、磨損等。 計算準(zhǔn)則：先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。,硬齒面（350HBS）：主要失效形式，疲勞折斷；其次，疲勞點蝕、磨損等。 計算準(zhǔn)則：先

4、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。,開式傳動：主要失效形式，磨損，疲勞折斷；沒有疲勞點蝕。 按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行條件計算，考慮磨損的影響適當(dāng)增大模數(shù)。 將設(shè)計的模數(shù)放大（1020%）后再圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。,必要時進(jìn)行：散熱能力計算；抗膠合能力計算,下一頁,9.2.2齒輪傳動設(shè)計準(zhǔn)則,17,上課資料,對齒輪材料的基本要求：齒面要硬，齒芯要韌。,經(jīng)濟(jì)性： 毛坯選擇（圓鋼錠，鍛鋼，鑄鋼） 工藝要求：熱處理方式（正火，調(diào)質(zhì)，淬火等） 硬度選擇：軟軟；軟硬；硬硬 (軟軟)軟齒面硬度350HBS；軟齒面齒輪HBS1-HBS23050 (軟硬)用于大傳動比齒輪傳動 (硬硬)齒面硬度350

5、HBS,用途廣泛,下一頁,9.3 齒輪常用材料及其選擇原則,18,上課資料,常用齒輪材料（P189表9-2） 鋼 45 、 40Cr、20CrMnTi 鑄鋼 ZG310-570 鑄鐵 HT250、 HT300、QT500-7 有色金屬： 銅合金、鋁合金 非金屬：夾布塑膠、尼龍,下一頁,9.3.1 齒輪的常用材料和熱處理,19,上課資料,設(shè)名義載荷為Fn；計算載荷為Fc：,下一頁,9.4 齒輪傳動的計算載荷,20,上課資料,系數(shù)K=KAKVKK-KA,下一頁,1、工作情況系數(shù)KA,21,上課資料,系數(shù)K=KAKVKK-KV,制造和安裝誤差，法節(jié)不相等，瞬時傳動比不準(zhǔn)確，產(chǎn)生角加速度 齒輪修緣,下

6、一頁,2、動載荷系數(shù)Kv,22,上課資料,系數(shù)K=KAKVKK-KV,齒輪精度、速度,下一頁,2、動載荷系數(shù)Kv,23,上課資料,圖9-12鼓形齒,系數(shù)K=KAKVKK-K ,輪齒載荷沿接 觸線分布不均勻 軸上位置； 軸及支承剛度； 制造和安裝精度。,下一頁,3、齒向載荷分布系數(shù)K,圖9-11,24,上課資料,例如：兩輪軟齒面b/d1=1.1, 非對稱布置3號線,所以K=1.165,下一頁,25,上課資料,系數(shù)K=KAKVKK-K ,兩對以上齒輪嚙合時，載荷分配不均 表面硬度：硬度愈高，載荷分配愈不均 精度等級：精度低，載荷分配不均嚴(yán)重,下一頁,4、齒間載荷分配系數(shù)K,26,上課資料,27,上

7、課資料,下一頁,9.5 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動強(qiáng)度計算,9.5.1、輪齒的受力分析,28,上課資料,計算齒輪節(jié)點處的接觸應(yīng)力 赫茲應(yīng)力公式：,下一頁,9.5.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算,ZE值：表9-6,29,上課資料,30,上課資料,直齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算公式,下一頁,31,上課資料,應(yīng)用公式（9-8）時注意事項,（1）兩齒輪齒面接觸應(yīng)力相等H1=H2,（2）兩齒輪齒面許用接觸應(yīng)力一般不相等H1H2 強(qiáng)度計算選擇較小值,（3）兩齒輪齒面接觸強(qiáng)度只與直徑或中心距有關(guān)。與模數(shù)無關(guān),（4）設(shè)計時K值無法確定，所以初選K=Kt=1.21.6,算出d1t,最后重新計算K，然后修正d1t，方法如下：

8、,（1）兩齒輪齒面接觸應(yīng)力相等H1=H2,（3）兩齒輪齒面接觸強(qiáng)度只與直徑或中心距有關(guān)。與模數(shù)無關(guān),（1）兩齒輪齒面接觸應(yīng)力相等H1=H2,32,上課資料,建立力學(xué)模型： 假設(shè)單齒對嚙合，齒頂受載； 不計徑向分力產(chǎn)生的壓應(yīng)力； 用30切線法確定危險截面。,下一頁,9.5.3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算,33,上課資料,下一頁,34,上課資料,下一頁,35,上課資料,開式齒輪m增大1020%；不小于1.5,下一頁,應(yīng)用公式（9-10）(9-11)時注意事項,（4）設(shè)計時K值無法確定，所以初選K=Kt=1.21.6,算出mt,最后重新計算K，然后修正mt，方法如下：,（3）設(shè)計計算時應(yīng)該比較下列計算值較

9、大的帶入,（1）兩齒輪輪齒彎觸應(yīng)力不相等F1 F2,（2）兩齒輪齒面許用彎觸應(yīng)力一般不相等F1 F2 強(qiáng)度必須分別計算,36,上課資料,壓力角 齒厚 曲率半徑,彎曲強(qiáng)度 接觸強(qiáng)度,z1 大， 重疊系數(shù)大，傳動平穩(wěn)； 模數(shù)小，節(jié)約材料及加工量；但抗彎曲差； 齒高減小，降低滑動速度VS，抗膠合能力強(qiáng)。,下一頁,9.6 齒輪傳動的參數(shù)、許用應(yīng)力和傳動精度選擇,開式傳動 ：z1 =1720；閉式傳動：z1 =2040,9.6.1 設(shè)計參數(shù)的選擇,1.齒數(shù)比u 壓力角a,2.小輪齒數(shù)z1，和模數(shù)m（按標(biāo)準(zhǔn)選?。?37,上課資料,齒愈寬，直徑和中心距愈小 但載荷分布愈不均（表9-8） b1=b2+(5-1

10、0)mm,懸臂布置d取小值,對稱布置d取大值,下一頁,3.齒寬系數(shù),38,上課資料,下一頁,39,上課資料,分析中間齒輪接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的特點？,輪齒雙向受力,輪齒單向受力,輪齒單向受力,輪齒雙向受力時：F=0.7F,下一頁,40,上課資料,1）接觸許用應(yīng)力,2）彎曲許用應(yīng)力,Hlim-實驗接觸疲勞極限 Flim-實驗彎曲疲勞極限 ZN-接觸強(qiáng)度計算的壽命系數(shù) YN-彎曲強(qiáng)度計算的壽命系數(shù) SH、SF-接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度計算的最小安全系數(shù),下一頁,9.6.2 齒輪材料的許用應(yīng)力,41,上課資料,下一頁,表9-9 安全系數(shù)SH和SF,42,上課資料,下一頁,43,上課資料,下一頁,圖9.17

11、齒面接觸疲勞極限,44,上課資料,下一頁,圖9.17 齒面接觸疲勞極限（續(xù)）,45,上課資料,下一頁,圖9.17 齒面接觸疲勞極限（續(xù)）,46,上課資料,圖9.17 齒面接觸疲勞極限（續(xù)）,47,上課資料,48,上課資料,下一頁,圖9.19 輪齒彎曲疲勞極限,49,上課資料,下一頁,圖9.19輪齒彎曲疲勞極限（續(xù)）,50,上課資料,下一頁,圖9.19輪齒彎曲疲勞極限（續(xù)）,51,上課資料,圖9.19輪齒彎曲疲勞極限（續(xù)）,52,上課資料,圖9.19輪齒彎曲疲勞極限（續(xù)）,53,上課資料,齒輪精度（0,1,212級）,766 G M GB1009588,齒厚下偏差,第公差組精度（平穩(wěn)性精度）,第

12、公差組精度（接觸精度）,精度等級選擇，參考相關(guān)手冊-請點擊,齒厚上偏差,7 F L GB1009588,第公差組精度（運動精度）,第、 、 公差組精度,下一頁,9.6.3 齒輪傳動精度的選擇,54,上課資料,下一頁,55,上課資料,下一頁,表9-10,表9-2,表9-3,56,上課資料,下一頁,表9-8,表9-6,圖9-17,57,上課資料,下一頁,圖9-16,圖9-10,圖9-8,表9-4,58,上課資料,下一頁,59,上課資料,下一頁,表9-7,表9-9,圖9-19,圖9-18,60,上課資料,61,上課資料,62,上課資料,特點：齒逐漸進(jìn)入嚙合，傳動平穩(wěn)； 接觸線較長，承載能力高. 幾何

13、尺寸：,9.7 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計算,下一頁,63,上課資料,n,下一頁,9.7.1斜齒輪傳動的受力分析,64,上課資料,斜齒圓柱齒輪的受力分析（受力方向） 圓周力：主動輪與轉(zhuǎn)向相反；從動輪與轉(zhuǎn)向相同。 徑向力：指向圓心。 軸向力：可用主動輪左、右手定則判斷。,下一頁,65,上課資料,受力分析（受力方向） 圓周力：主動輪與轉(zhuǎn)向相反；從動輪與轉(zhuǎn)向相同。 徑向力：指向圓心。 軸向力：可用左、右手判斷。,n,n,下一頁,66,上課資料,斜齒圓柱齒輪受力分析（人字齒輪）,下一頁,67,上課資料,斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析 （螺旋角選擇）,n,n,中間軸軸向力不能抵消,中間軸軸向力能抵消,Fa

14、2,Fa3,Fa3,Fa2,下一頁,68,上課資料,與直齒輪相比，其特點： 總合力作用于法平面內(nèi) ； 重合度大；接觸線是傾斜的、變化的； 螺旋角對疲勞強(qiáng)度有利；,1、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算,下一頁,9.7.2 斜齒輪傳動的強(qiáng)度計算,69,上課資料,斜齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算公式,圖9.24,下一頁,70,上課資料,返回,71,上課資料,72,上課資料,考慮接觸線傾斜對齒根受力的有利影響，引入螺旋角系數(shù)Y,YF、YS按當(dāng)量齒數(shù)zv,查表9.4； Y =0.85-0.92 大時取小值，反之大值; Y=-重合度系數(shù)，端面重合度大取小值，反之取大值；,下一頁,2、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算,73,上課資

15、料,下一頁,74,上課資料,下一頁,圖9-24,見例題1,斜齒輪H=461MPa,75,上課資料,下一頁,表9-5,76,上課資料,下一頁,77,上課資料,下一頁,78,上課資料,下一頁,79,上課資料,80,上課資料,圓錐齒輪傳動的特點,傳遞交叉軸的運動，常用=90； 速比i；vm/s； 制造安裝精度較低； 小輪常懸臂安裝，剛度低。,9.8 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪的強(qiáng)度計算,下一頁,81,上課資料,下一頁,9.8.1標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪幾何計算,82,上課資料,1).受力分析,9.8.2 直齒圓錐齒輪傳動的受力分析與計算載荷,下一頁,83,上課資料,直齒錐齒輪受力分析示例,Fa2,n2,n1,Fa1,

16、Fr1,Fr2,Ft1,Ft2,下一頁,84,上課資料,KA按表9.2查取,下一頁,圖9.8,9.8.3 直齒圓錐齒輪的強(qiáng)度計算,載荷系數(shù)K,85,上課資料,代入齒寬中點寬度參數(shù),1、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算,下一頁,86,上課資料,式中YFaYSa為齒形系數(shù)，按當(dāng)量齒數(shù),下一頁,2、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算,87,上課資料,當(dāng)頂圓直徑da小于160mm時，作成實心結(jié)構(gòu)的齒輪,下一頁,9.10 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計,1、齒輪軸,88,上課資料,89,上課資料,？,2mt做成齒輪軸,1.6m做成齒輪軸,下一頁,2、當(dāng)頂圓直徑da小于160mm時，作成實心結(jié)構(gòu)的齒輪,90,上課資料,當(dāng)頂圓直徑da小于500mm

17、時，采用鍛造，作成腹板式結(jié)構(gòu)的齒輪,下一頁,3、腹板式齒輪,91,上課資料,92,上課資料,當(dāng)頂圓直徑da大于400mm時，采用鑄造或焊接式齒輪,下一頁,4、輪輻式齒輪,93,上課資料,94,上課資料,采用組裝齒圈式,下一頁,95,上課資料,本章要點： 1、齒輪傳動的失效形式（5種） 2、齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則是什么？ 3、如何選擇齒輪的材料，以及熱處理？ 4、齒輪傳動的許用應(yīng)力如何確定？ 5、什么是齒輪傳動的載荷系數(shù)K，直齒輪與斜齒輪有什么區(qū)別？ 6、為什么閉式軟齒面?zhèn)鲃訒r大小齒輪的熱處理硬度相差3050HBS？ 7、小齒輪齒數(shù)z1與齒寬系數(shù)d對齒輪傳動性能和承載能力有何影響？,下一頁,96,上

18、課資料,8、什么是齒形系數(shù)，什么是應(yīng)力集中系數(shù)，它主要與什么有關(guān)，影響如何，直齒輪、斜齒輪與錐齒輪如何查找？ 9、直齒輪、斜齒輪與錐齒輪的強(qiáng)度計算公式有什么差別，如何正確應(yīng)用？ 10、直齒輪、斜齒輪與錐齒輪的受力分析。,下一頁,97,上課資料,9.11 齒輪傳動的潤滑（自學(xué)）,END,作業(yè) 9.1 9.3 9.12 9.14,下一頁,98,上課資料,9.9 單級閉式直齒圓柱齒輪傳動中，大、小齒輪的材料均為45鋼調(diào)質(zhì)處理，小齒輪的硬度為250HBS，大齒輪的硬度為210HBS ，8級精度。 n11420rmin，m3mm，z125， z273， b1 84mm，b278mm，單向轉(zhuǎn)動，載荷有中等沖擊，用電動機(jī)驅(qū)動，試求此傳動能傳遞的最大功率。,99,上課資料,9.14設(shè)計用于帶式輸送機(jī)的減速器中的一對閉式斜齒圓柱齒輪傳動，主動小齒輪采用電動機(jī)驅(qū)動，傳遞功率P7.5kW，轉(zhuǎn)速n1980rmin，傳動比i4，齒數(shù)