课件：铸造工艺齿轮传动ppt课件.ppt

第七章 齿轮传动,§7-1 概述,§7-2 齿轮传动的失效形式及设计准则,§7-3 齿轮的材料及其选择,§7-4 圆柱齿轮传动的计算载荷,§7-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算,§7-6 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算,§7-8 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,§7-9 直齿锥齿轮传动,§7-11 齿轮的结构,§7-10 齿轮传动的效率与润滑,§7-7 直齿圆柱齿轮传动的静强度计算,§10-1概述1,一、齿轮传动的特点、类型和基本问题,3）效率高；,4）结构紧凑；,1）工作可靠，寿命长；,2）传动比恒定；,齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛§7-1 概 述,1. 特点：,5）适用性广可达99％，在常用的机械传动中，其效率最高在相同条件下，齿轮传动所需的空间一般较小这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一优点,,缺点,1）制造及安装精度要求高；,2）成本高2. 类型,（锥齿轮）,（圆柱齿轮）,概述2,各类齿轮图片,3. 基本问题：,1）传动平稳：即要求瞬时传动比i恒定2）足够的承载能力：即要求在预期的使用期限内不失效二、齿轮传动的主要参数,1）模数 m 标准系列见表7－1。

2）传动比 i 和齿数比 u,概 述,概述3,齿数比：,注：1 －为小轮，2－为大轮3）中心距 a,4）齿宽 b 和齿宽系数,或,齿宽系数：,（应圆整）,概 述,概述4,三、齿轮的精度等级,国标中对圆柱齿轮和锥齿轮都规定了十二个精度等级，常用 5 ～9 级根据传动的用途、使用条件和齿轮的圆周速度等选择精度等级齿轮精度分为：,第一公差组：－－控制运动的准确性第二公差组：－－控制传动的平稳性第三公差组：－－控制载荷分布的均匀性应遵循 “ 需要＋可能 ” 的原则概 述,,例如： 8－7－7 HK,选择精度等级,齿厚偏差代号,§10-2齿轮传动的失效形式及设计准则,§7-2 齿轮传动的失效形式及设计准则,一、失效形式,轮齿折断,齿面点蚀,齿面胶合,齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，常见的失效形式有：,,多发生在轮齿的节线附近靠近齿根的一侧是在重载条件下产生的粘着磨损现象齿面磨粒磨损,使轮齿变薄，最后导致轮齿折断塑性变形,是重载软齿面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流动注：由于磨损的比点蚀的形成快，故开式传动中见不到点蚀现象普通闭式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和点蚀,普通开式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和磨粒磨损,,设计准则,对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为：,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注：对高速重载传动，还应按齿面抗胶合能力进行计算二、设计准则,1）闭式传动,硬齿面：,按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核齿面接触疲劳强度,2）开式传动：只计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数（预留磨损量）齿轮传动的失效形式及设计准则,§10-3 齿轮的材料及其选择,§7-3 齿轮的材料及其选择,对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧一、常用的齿轮材料,钢：,铸铁：用于低速、轻载、不太重要的场合；,非金属材料：如尼龙、塑料等适用于高速、轻载、且要求降低噪 音的场合常用材料,,二、常用的热处理方法,齿轮的毛坯：,锻造 铸造,,：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮适用于中、小尺寸的齿轮调质、正火：,－－得软齿面，强度低，工艺简单齿轮的材料及其选择原则2,三、齿轮材料选用的基本原则,齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；,应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；,钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高20～50HBS 硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮等：,－－得硬齿面，强度高。

适用于中碳钢,不需磨齿,,齿轮的材料及其选择,§10-4 圆柱齿轮的载荷计算,一、轮齿的受力分析,啮合传动中，直轮齿的受力分析,切向力：,径向力：,法向力：,,－－为小轮的名义转矩（N·mm）式中： －－为小轮的分度圆直径（mm）径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）1. 直齿圆柱齿轮,,（7－18）,§7-4 圆柱齿轮传动的载荷计算,用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力 代替轮齿所受的分布力，将 分解，得：,,圆柱齿轮的载荷计算2,,,,,,,,,,,1 主动,,2,,,,,,,,,1 主动,,2,,,,,,,,,,,,练 习,啮合传动中，轮齿的受力分析,2. 斜齿圆柱齿轮,将 Fn 分解,切向力：,径向力：,轴向力：,,,（7－27）,斜齿轮受力,轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断二级受力分析,计算载荷1,K 为载荷系数，,上述Fn 为轮齿所受的名义法向力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：,式中：KA ─使用系数：,─动载系数：,Kβ ─齿向载荷分布系数：是考虑载荷沿齿宽方向分布不均的系数计算弯曲应力时：,是考虑外部附加动载荷的系数。

是考虑内部附加动载荷的系数修缘齿可以减小内部附加动载荷鼓形齿改善载荷沿齿宽分布不均的现象齿轮远离转矩输入（输出）端，可改善偏载现象圆柱齿轮传动的载荷计算,计算载荷2,─齿间载荷分配系数：是考虑载荷在同时啮合的齿对之间分配 不均的系数圆柱齿轮传动的载荷计算,§10-5直齿轮接触强度计算1,一、计算公式,基本公式： 赫兹公式， 式(2－27)接触应力的计算点： 节点,设计式：,详细说明,式中：u─齿数比； ZE ─弹性系数； ZH ─节点区域系数力学模型： 将一对轮齿的啮合简化为 两个圆柱体接触的模型目的：防止“点蚀” 强度条件：,≤,校核式：,≤,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C,N2,N1,§7-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算,,3）影响接触强度的尺寸是：d（ 或 a ）和 b，而与模数 m 无关 KN－寿命系数，是考虑应力循环次数 N 对疲劳极限影响的系数，,直齿轮接触强度计算2,－重合度系数，,注意：1）“＋”用于外啮合；“－”用于内啮合2） ，应按 较小者计算接触强度二、许用接触应力,σHlim －齿轮的接触疲劳极限,SH－安全系数。

σHlim 线图,4）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算,直齿轮接触强度计算3,三、主要参数的选择,2．齿数的选择,当d1已按接触疲劳强度确定时，,z1↑,,m↓,,重合度e↑,→传动平稳,,抗弯曲疲劳强度降低,,齿高h ↓,→减小切削量、减小滑动率,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 ~ 20,,1．齿宽系数 d,d ↑ →齿宽 b ↑ → 有利于提高强度，但 d 过大将导致 Kβ↑,见表7－4直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算,§10-6直齿轮弯曲强度计算1,§7-5 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算,二、计算公式,Ysa－应力修正系数,式中：YFa－齿形系数只与齿形有关，而 与模数m无关,YFa与Ysa表,,目的：防止疲劳断齿 强度条件：,≤,将轮齿简化为悬臂梁按30°切线法确定齿根危险截面按在齿顶啮合计算齿根应力≤,校核式：,,,,,－重合度系数直齿轮弯曲强度计算2,引入齿宽系数 和 d1= m z1，可得,设计式：,2）影响齿根弯曲强度的尺寸是： m 和 b 。

3）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度注意：,1） ，应按 较小者计算齿根弯曲强度4）动力传动，一般 m≥1.5～2mm直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度,直齿轮弯曲强度计算3,二、许用弯曲应力,σFlim －齿轮的齿根弯曲疲劳极限SF－安全系数σFlim 线图,YN－寿命系数，是考虑应力循环次数 N 对疲劳极限影响的系数，,轮齿双向弯曲时，图中σFlim值需乘以0.7Yx－尺寸系数直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度,§10-8斜齿圆柱齿轮强度计算4,一、齿面接触疲劳强度计算,用螺旋角系数 Zβ 计入轮齿倾斜使齿面接触应力减小的影响，对直齿轮的接触强度公式进行修正，得斜齿轮的强度计算公式：,,式中：螺旋角系数 ：,重合度系数 Zε ：,εβ＜1时，,εβ≥1时，,εα－端面重合度 ，εβ －纵向重合度 §7-8 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,见式,标准斜齿圆柱齿轮强度计算3,二、齿根弯曲疲劳强度计算,通常按斜齿轮的当量直齿轮计算其齿根弯曲疲劳强度，并引入螺旋角系数Yβ 计入轮齿倾斜的影响，得：,设计式：,标准斜齿圆柱齿轮强度计算,式中：YFa－按当量齿数 。

Yβ－螺旋角系数轮齿受载及折断,YSa,－按当量齿数 Yε－重合度系数，按计算强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同§ 10-10锥齿轮传动,轴交角为90º的直齿锥齿轮传动：,§7-9 直齿锥齿轮传动,一、主要参数和尺寸,直齿锥齿轮的大端参数为标准值直齿锥齿轮传动的几何参数,令 R = b/R－－齿宽系数，设计中常取R =0.25~0.35齿数比：,锥距：,,,,,,,,C,t,锥齿轮传动2,二、轮齿的受力分析,用集中作用于齿宽中点处的法向力 Fn 代替轮齿所受的分布力 将Fn分解为：切向力Ft，径向力Fr和轴向力Fx轴向力Fx的方向总是由锥齿轮的小端指向大端锥齿轮的受力分析,,直齿锥齿轮传动,锥齿轮传动3,三、齿面接触疲劳强度计算,按齿宽中点处的当量圆柱齿轮计算直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度校核式：,,忽略重合度的影响式中：载荷系数,强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同直齿锥齿轮传动,锥齿轮传动4,四、齿根弯曲疲劳强度计算,校核式：,设计式：,,式中：YFa－按当量齿数 YSa,－按当量齿数 直齿锥齿轮传动,齿轮传动的效率与润滑,§7-10 齿轮传动的效率与润滑,润滑的目的：减小摩擦、减小磨损，还有散热和防锈蚀作用。

二、齿轮传动的润滑方式,开式及半开式齿轮传动：采用人工定期加油润滑详细介绍,,一、齿轮传动的效率,闭式齿轮传动的效率有三部分组成：,式中：η1－齿轮的啮合效率；,η2－搅油损失的效率；,η3－轴承的效率；,闭式齿轮传动： 浸油润滑：,,喷油润滑：,,齿轮圆周速度 ≤15m／s时,＞15m／s时,齿轮的结构,§7-11 齿轮的结构,在综合考虑齿轮几何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及经济性等 各方面因素的基础上，按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，再根据 推荐的经验数据进行结构尺寸计算常见的结构形式有,齿轮的结构设计主要是确定轮缘，轮辐，轮毂等结构形式及尺寸大小轮辐式结构,中型尺寸齿轮结构,小尺寸齿轮结构,大尺寸齿轮结构,,腹板式结构,。