机械设计基础齿轮传动.ppt

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1、1/50齿轮传动特点、类型和应用齿轮传动特点、类型和应用渐开线齿轮渐开线齿轮标准渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动标准渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动齿轮加工齿轮加工齿轮轮齿的失效齿轮轮齿的失效齿轮强度计算齿轮强度计算齿轮结构齿轮结构2/501.齿轮传动的特点齿轮传动的特点一、齿轮传动特点、类型和应用一、齿轮传动特点、类型和应用缺点：缺点： 制造和安装精度制造和安装精度要求较高；要求较高；不适宜用于两轴间不适宜用于两轴间 距离较大的传动距离较大的传动。2.2.齿轮传动的类型齿轮传动的类型优点：优点：传动比稳定传动比稳定 传动效率高；传动效率高；结构紧凑；结构紧凑；应用范围广应用范围广工作可靠性高；工作可靠性

2、高；使用寿命长使用寿命长。3/50 齿轮传动齿轮传动平行轴平行轴相交轴相交轴交错轴交错轴斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿轮传动人字齿圆柱齿轮传动外啮合外啮合内啮合内啮合齿轮齿条啮合齿轮齿条啮合直齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动斜齿圆锥齿轮传动交错轴斜齿轮传动交错轴斜齿轮传动蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动4/503.齿轮机构的应用齿轮机构的应用广泛应用于各种广泛应用于各种机械机械、仪表仪表、车辆、车辆、自动化生产线自动化生产线。二二. .渐开线齿轮渐开线齿轮1.1.渐开线的形成渐开线的形成rb发生线发生线ArkkBk基圆基圆O按齿廓分：渐开线齿

3、轮摆线齿轮圆弧齿轮按工作条件分：闭式传动开式传动软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）按齿面硬度分：5/50(2)(2) 渐开线上任意一点的法线必渐开线上任意一点的法线必 切于基圆。切于基圆。PkVkkk(1)(1)NK = N K0）rb渐开线上点的压力角渐开线上点的压力角N发生线发生线渐开线渐开线k0k的的展角展角K0KO基圆基圆渐开线渐开线krk 在不考虑摩擦力、重力和惯性在不考虑摩擦力、重力和惯性力的条件下，一对齿廓相互啮合时，力的条件下，一对齿廓相互啮合时，齿轮上接触点所受到的正压力方齿轮上接触点所受到的正压力方向与受力点速度方向之间所夹的锐向与受力点速

4、度方向之间所夹的锐角，称为齿轮齿廓在该点的压力角。角，称为齿轮齿廓在该点的压力角。 ( () )渐开线齿廓各点具有不同的渐开线齿廓各点具有不同的 压力角，点离基圆中心压力角，点离基圆中心 愈远，压力角愈大。愈远，压力角愈大。NOK=kkbkrrcos6/50(4)(4)渐开线的形状取渐开线的形状取决于基圆的大小决于基圆的大小，基圆越大，渐开线基圆越大，渐开线越平直，当基圆半越平直，当基圆半径趋于无穷大时，径趋于无穷大时，渐开线成为斜直线。渐开线成为斜直线。KO12rb1o112rb2o2(5)(5)基圆内无渐开线基圆内无渐开线。3 KN2N1KO117/50齿顶圆齿顶圆：da齿根圆齿根圆：df

5、齿齿 厚厚：s sk k 齿槽宽齿槽宽：e ek k齿距齿距(周节周节)：p pk k 分度圆分度圆：d d （规定标准齿轮分度圆上的规定标准齿轮分度圆上的 齿厚齿厚s 与齿槽宽与齿槽宽e 相等）相等）齿顶高齿顶高：ha齿根高齿根高：hf 全齿高全齿高：hh=ha+ hf 齿齿 宽宽：b设计、制造、检验的基准设计、制造、检验的基准 1、齿轮的各部分名称、齿轮的各部分名称三三. .渐开线标准直齿圆柱齿轮渐开线标准直齿圆柱齿轮 p p=s+e=s+e2.渐开线标准直齿圆柱齿轮主要参数渐开线标准直齿圆柱齿轮主要参数 齿数 Z 模数 m 由 d= p Z 即d= p/Z 规定m的标准系列 压力角 分度

6、圆上标准值=200 齿顶高系数 ha* 标准值ha*=1 顶隙系数 c* 标准值c*=0.25 0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.75) 第二系列第二系列 4.5 5.5 (6.5) 7 9 (11) 14 18 22 28 (30) 36 45 0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.5 0.4 0.5 0.6 0.8第一系列第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 509/50 m=4 z=16m=2 z=16m=1 z=1610/50 Orfrhfrbraes齿厚齿

7、厚= =齿槽宽齿槽宽= =齿距齿距/2 /2 即即s=e=p/2=m/23.标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算ha11/501.一对渐开线齿轮的正确啮合条件一对渐开线齿轮的正确啮合条件m1=m2=m 1 = 2=2.一对渐开线齿轮的正确安装条件一对渐开线齿轮的正确安装条件3.一对渐开线齿轮的连续传动条件一对渐开线齿轮的连续传动条件标准中心距：一对标准齿轮分度圆相切时的中心距。标 准 安 装：当实际安装中心距等于标准安装中心距 。 重合度大于等于，同时处于啮合状态的轮齿对数大于等于11222121zzmdda12/501.仿形法仿形法盘铣刀加工盘铣刀加工、指状铣刀加工指状铣

8、刀加工2.范成法范成法滚齿、插齿滚齿、插齿齿轮常用材料齿轮常用材料 3.根切现象与最少齿数根切现象与最少齿数 当用范成法加工齿轮时，如果齿轮的齿数太少，则齿轮坯的齿廓根部会被刀具过多地切削掉，这种现象称为根切现象。标准齿轮不产生根切的齿数应满足的条件是最少齿数为 zmin=1713/50常用的齿轮材料常用的齿轮材料材 料热处理方法齿面硬度HLim/MPaFLim/MPa45正 火162-217HBS0.87HBS+3800.7HBS+275调 质217-286HBS表面淬火40-50HRC10HRC+670HRC52 10.5HRC+195HRC52 74040Cr调 质240-285HBS1

9、.4HBS+3500.8HBS+380表面淬火48-55HRC10HRC+670HRC52 10.5HRC+195HRC52 74020Cr渗碳淬火56-62HRC1500860ZG310-570正 火163-207HBS0.7HBS+3200.6HBS+220HT300187-255HBSHBS+1350.5HBS+20QT500-7147-241HBS1.3HBS+2400.8HBS+22014/50失效：齿轮的失效包括完全丧失工作能力（不能工作）和 使齿轮丧失了原设计的工作能力（不能按原设计的 状态工作、继续工作会增加危险性） 、轮齿折断 常发生在轮齿的根部，在开式齿轮和闭式齿轮中都有发

10、生 疲劳折断 过载折断防止措施：适当增大齿根部分过渡圆角； 喷丸、辗压工艺强化齿根； 提高齿面加工精度、提高齿面硬度。15/502 2齿面点蚀齿面点蚀主要发生在润滑良好的闭式齿轮传动中。开式齿轮传动一般不会发生点蚀。形成：接触应力导致了疲劳裂纹，润滑油挤入加剧了裂纹扩展，使金属微粒剥落。防止措施：提高齿面硬度，降低表面粗糙度值；增大润滑油粘度。齿面磨损齿面磨损主要发生在开式齿轮上。形成：灰尘、铁削等硬颗粒在两齿面滑动时起了磨料作用。16/50防止措施：降低轮齿表面粗糙度值；保持良好的润滑；采用闭式传动或加防护罩。4.齿面胶合齿面胶合一般发生在闭式重载齿轮上低速重载导致冷胶合，高速重载导致热胶合

11、。防止措施：提高齿面硬度； 降低齿面粗糙度值； 选用抗胶合性能好的齿轮副材料； 采用抗胶合能力强的润滑油； 用极压添加剂油膜破损是胶合的根源。17/505.塑性变形塑性变形形成：重载使软齿面局部发生塑性变形。主要发生在重载、低速、频繁启动的开式或闭式软齿面 齿轮上。防止措施：提高齿面硬度; 改善润滑条件； 避免频繁启动。八八. .齿轮强度计算齿轮强度计算1.轮齿的受力分析与计算载荷18/5011t2dTF tantrFF 切向力：径向力：costnFF 法向力：1T 为小轮的名义转矩（Nmm）。式中： 为小轮的分度圆直径（mm）。1d主动轮 的方向与其转向相反；tF从动轮 的方向与其转向相同。

12、tF径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。 用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力 Fn 代替轮齿所受的分布力F将Fn 分解，得：19/50K 为载荷系数力F Fn n 为轮齿所受的名义载荷。实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大。计算载荷为：nKFF nc载荷系数表载荷系数表原动机原动机工作机械的载荷特性工作机械的载荷特性均均 匀匀中等冲击中等冲击较大冲击较大冲击电动机电动机1-1.21.2-1.61.6-1.8多缸内燃机多缸内燃机1.2-1.61.6-1.81.92.1单缸内燃机单缸内燃机1.61.81.92.02.22.420/502.齿面接触疲

13、劳强度计齿面接触疲劳强度计算算接触应力应该小于齿轮材料的许用接触应力，即 HH 设计公式为：校核公式为：HdHuduKT311) 1(6703211670)1(HduuKTd钢对钢 ：670钢对铸铁：572铸铁对铸铁：50821/50H：齿面接触应力K：载荷系数 表4-5T1：小齿轮传递的转矩 T1=9.55*106 P/n1u：齿数比 u=Z2/Z1d：齿宽系数 表4-7d1: 小齿轮分度圆直径H:齿面许用应力HdHuduKT311)1(670H= Hlim/sH3211670)1(HduuKTd22/50材 料热处理齿面硬度许用接触应力H(Nmm)许用弯曲应力F(Nmm)HBSHRC45正

14、火1632l7460520200215调质217255560600215225表面淬火405088097019023040Cr调质24l28667075028530040MnB表面淬火40501060113019023035SiMn调质217269640710275290表面淬火405010601500190 23020Cr20CrMnTi渗碳淬火、回火56621300150031041023/50ZG270500正火143197430460160170ZG310570正火163197445480165175ZG340640正火179207460490170180ZG35SiMn正火16321

15、7480550195210调质197248530605205220表面淬火4045880930190210HT25017024l3053705070HT3001872553203855575HT3501972693304006080QT500717023035046015017024/503.齿根弯曲疲劳强度计齿根弯曲疲劳强度计算算弯曲应力应该小于齿轮材料的许用弯曲应力，即 FF FSFFbmdYYKT112校核公式为：设计公式为：32112FSFdYYZKTm25/50FSFFbmdYYKT11232112FSFdYYZKTmF：弯曲应力m：齿轮模数YF:齿形系数 表4-8YS:应力修正系数

16、 表4-8Z1：小齿轮齿数F：许用弯曲应力F= Flim/sF26/501)H H1与 H2 用较小值2) 弯曲疲劳强度:F1 / YF1 YS1 与F2 / YF2 YS2用较小值3)齿轮设计准则为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度。为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为：27/50硬齿面:按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算,然后校核齿面接触疲劳强度软齿面:按齿面接触疲劳强度进行设计计算,然后校核齿根弯曲疲劳强度。开式传动：只计算齿根弯曲疲劳强度， 将计算结果适当加大。模数放大 (10%- 15%) 。闭式传动:3)齿轮设计准则28/505. 参数的选择1) 齿数Z和模数m按接触疲劳强度设计时 d1 = m Zz z1m重合度重合度e e传动平稳传动平稳抗弯曲疲劳强度降低齿高齿高 h 减小切削量 省工 省料因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数多一些好！ 闭式软齿面: z1 = 20 40 闭式硬齿面和开式传动: z1 = 17 2029/50b2 = bb1 = b + (5-10) mm2)齿宽系数 dd 齿宽 b 有利于提高强度；齿