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1、2022年12月20日,第十章 齿轮传动,第十章 齿轮传动,10-1 概述,10-2 齿轮传动的失效形式和设计准则,10-3 齿轮材料及热处理,10-4 直齿圆柱齿轮传动的载荷计算,10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,10-6 直齿圆柱齿轮传动的主要参数选择和精度选择,10-8 标准圆锥齿轮传动的强度计算,10-9 齿轮结构设计,10-10 齿轮传动的润滑,一工作特点,1工作可靠，寿命长,2承载能力高 ：数万千瓦,3传动比i稳定：定传动比传动,4结构紧凑,5传动效率高,6制造、安装、检验要求高,10-1概述,2按齿线形状分,直齿、斜齿、曲线齿(人
2、字齿),3按材料硬度分,二分类,1按润滑状况分,一失效形式,1轮齿折断,原因：疲劳折断：F为变应力，应力集中。过载折断：过载冲击或齿厚变薄。,全齿折断局部折断,现象：沿齿根部折断 有两种形式,10-2 齿轮传动的失效形式和设计准则,F为何种变应力？（考虑齿轮是否是惰轮）,1用大圆角及消除加工刀痕、提高表面质量 来减小应力集中; 2使轮齿受载均匀，防止过载; 3合理的热处理措施; 4采用表层强化方法。,问题,措施,2齿面接触疲劳(点蚀)闭式中多见,原因： H为脉动循环变应力。,有两种现象收敛性点蚀扩展性点蚀,措施：提高表面硬度；提高表面质量；合适润滑措施；使用粘度合适的润滑油。, H为何种变应力
3、？如何分析？ 点蚀为什么首先发生在节线附近的齿根面上？,现象：靠近节线的齿根面产生麻点、麻坑。,问题,3齿面胶合闭式中多见,现象：沿轮齿面滑动方向形成沟痕，甚至咬死,提高抗胶合的措施：（1）提高表面硬度；（2）提高表面质量；（3）加强润滑措施；（4）加入极压添加剂；（5）采用抗胶合的润滑油。,原因： 高速重载下，热胶合 低速重载下，冷胶合,4齿面磨损开式中多见,原因： 跑合磨损（有益） 磨粒磨损（有害）,现象：失去渐开线齿形，齿侧变大， 严重时折断。,措施：提高表面硬度； 提高表面质量； 保持润滑油清洁； 将开式传动改为闭式传动。,a齿面塑性变形：滚压塑变、锤击塑变,原因：塑性流动,现象：失去
4、渐开线齿形主动轮上：节线处下凹从动轮上：节线处上凸,5塑性变形：齿面或齿体塑性变形,滚压塑变,措施：提高表面硬度； 提高表面质量； 使用粘度合适的润滑油； 加入极压添加剂。,齿面滚压塑变流动时，为什么主动轮上发生节线处下凹，从动轮上发生节线处上凸？（摩擦力方向改变）,开式：折断，磨损闭式：折断，点蚀，胶合,锤击塑变：过大的冲击而在齿面产生的沿接 触线方向的浅的沟槽。,b齿体塑性变形（略）,问题,总结,二设计准则,FF 弯曲疲劳强度,HH齿面接触疲劳强度,1开式传动,FF 防折断增加(10%20%)m(模数)来补偿因磨损引起的强度不足（防磨损定性计算）。,2闭式传动,FF 防折断HH防点蚀,两个
5、问题： F ? H =? F ? H =?,一对齿轮材料的要求,“外硬”齿面要硬 抗点蚀、抗磨损、 抗胶合、抗塑性流动,“内韧”齿芯要韧抗折断,10-3齿轮材料及热处理,二常用材料及热处理,1钢,(1)锻钢,软齿面(350HB)如：45，40Cr正火或调质 热处理切齿7级或8级）,硬齿面(350HB)如：45，40Cr淬火20Cr20CrMnTi渗碳淬火齿面硬化处理精加工（4级或5级）,(2)铸钢如：ZG310570（常化处理）,2铸铁如：HT200HT350、QT500-5等,3非金属材料 如：夹布胶木、尼龙,三齿面硬度匹配,1软齿面传动时： HB小=HB大+(3050) HB小 HB大对大
6、齿轮冷作硬化,2硬齿面传动时： HB小HB大,1力的大小(标准安装时：=20o),一受力分析(不计摩擦力，取节点P),10-4 齿轮传动的计算载荷,2力的方向,为什么要进行受力分析？为什么要将Fn分解？若啮合点不在节点P时，其受力情况如何？,问题,二计算载荷,Fnca=KFn,式中：K载荷系数，且为KKAKvKK,1使用系数KA：考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。,2动载系数Kv（齿轮啮合误差，即pb1pb2）,制造安装误差,a pb1 pb2,降低Kv的方法：,a 降低圆周速度 b提高加工精度c采用齿顶修缘： pb1 pb2修主动轮,啮合时受力变形,4齿向载荷分配系数K：齿宽
7、方向分配,降低K的方法,合理的齿轮位置合理的齿宽提高齿轮轴、支承的刚度鼓形修整,3齿间载荷分配系数K：多对齿间分配（分配并不均匀）,1理论依据,危险截面：图示AB截面,假设：全部载荷均 作用于齿顶,一齿根弯曲疲劳强度计算（防折断）,10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算,2强度条件,外啮合齿轮的齿形系数可按当量齿数和变位系数查图确定。,外啮合齿轮的齿形系数可查图确定。,内啮合齿轮的齿形系数可直接取：,各参数可查表和相应的图线确定。,二齿面接触疲劳强度计算（防点蚀）,1理论依据：以节点为计算点,2强度条件,强度条件,说明,接触强度取决于齿轮直径d1(或中心距a)和齿宽b,三许用应力,对称循环的
8、弯曲应力，其极限值为脉动循环时的极限应力的70%,轮1、2、3的许用弯曲应力如何？,注意,问题,四强度计算说明,1弯曲强度公式,2接触强度公式,3设计方法（试算法）,初选Kt(=1.21.4)求d1(或m)求V查K(KvKK)修正d1(或m),一主要参数选择,1压力角：规定标准压力角 =20o,(YFaYSa)F弯曲强度ZHH接触强度,2齿数z和模数m,z(m)重合度运转平稳h减少切削用量节省材料滑动系数减少磨损和胶合F弯曲强度,10-6直齿圆柱齿轮传动的主要参数和精度选择,模数m对弯曲强度如何影响？对接触强度又如何？,3齿宽系数d,d大b(=dd1)承载能力d过大bK d应合理,b= d d
9、1（圆整）,问题,二精度选择,三种精度：,运动精度(第组公差),工作平稳性精度(第组公差),接触精度(第组公差),齿侧间隙偏差：CS14种,一受力分析 （不计摩擦力）,10-7标准斜齿圆柱齿轮传动的 强度计算,1力的大小,2力的方向,旋向 ：主动轮：左（右） 从动轮：右（左）,左右手法则只适用于主动轮，应判断主动轮作用力的位置应在啮合点处。,注意,如图，标出各分力方向,例题,二强度计算特点：,1按当量直齿圆柱齿轮计算:法向齿形ZV,2接触线为倾斜的：接触线长,弯曲：计入螺旋角系数Y(1),3重合度大,直齿轮 斜齿轮 r=+,接触：,三强度计算公式,1弯曲强度计算公式,2接触强度公式,四小结,斜
10、齿轮比直齿轮强度高，传动平稳，常置于高速级,斜齿轮几何参数与直齿轮不同之处：,一受力分析（不计摩擦力）,10-8标准圆锥齿轮传动的强度计算,1力的大小,2力的方向,Fa ：均沿各自轴线方向指向大端,作用力与反作用力关系,如图画出各齿轮上的分力方向,例题,二强度计算：按平均分度圆处的当量圆柱齿轮计算,1弯曲强度计算公式,2接触强度公式,三小结,大锥齿轮加工困难，常放于高速级,整体式e2mt 或 e1.6m，齿轮轴,10-9齿轮结构设计,一润滑方式,浸油，喷油,二润滑剂选择,高速轻载选粘度小的,低速重载选粘度大的,10-10齿轮传动的润滑,例： 图示为两级斜齿圆柱齿轮减速器，已知：齿轮1的螺旋线方向和轴转向，齿轮2的参数,3mm，Z2 = 57，,；齿轮3的参数,5mm，,。试求： (1)为使轴所受的轴向力最小，齿轮3应选取的螺旋线方向，并在图上标出 齿轮2和齿轮3的螺旋线方向； (2)在图上标出齿轮2和3所受各分力的方向； (3)如果使轴的轴承不受轴向力，则齿轮3的螺旋角,应取多大值?,
