机械设计,齿轮传动

第八章齿轮传动§8-1概述§8-2齿轮传动的失效形式及 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 准则§8-3齿轮的常用材料§8-4圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷§8-5直齿圆柱齿轮传动的强度计算§8-6齿轮的许用应力§8-8直齿锥齿轮传动§8-10齿轮的结构§8-9齿轮传动的润滑与效率§8-7斜齿圆柱齿轮传动的强度计算§8-1概述1一、齿轮传动的特点、类型和基本问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 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。§8-1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.类型按轴的布置分平行轴齿轮传动相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动（锥齿轮）（圆柱齿轮）概述2按齿向分：直齿轮传动　　斜齿轮传动　　　　　　　　　　　人字齿轮传动　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：按齿廓分：渐开线齿轮摆线齿轮圆弧齿轮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。概述§8-2齿轮传动的失效形式及设计准则§8-2齿轮传动的失效形式和设计准则一、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：分为：疲劳折断过载折断：属于静强度破坏。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。冷胶和热胶合分为轮齿折断齿面点蚀齿面胶合磨粒磨损塑性变形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软齿面：按齿面接触疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核齿根弯曲疲劳强度。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和设计准则注：由于磨损比点蚀的形成快，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§8-3齿轮的常用材料§8-3齿轮的常用材料　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：（见表8－3）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。最常用；碳钢合金钢（见表8－1）二、常用的热处理方法（见表8－2）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。淬火后需磨齿，工艺复杂。适用于中碳钢适用于低碳钢不需磨齿齿轮的常用材料§8-4圆柱齿轮的受力分析载荷计算一、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）。主动轮的方向与其转向相反；从动轮的方向与其转向相同。径向力Fr的方向指向各自的轮心（外齿轮）。1.直齿圆柱齿轮（8－1）§8-4圆柱齿轮传动的受力分析和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：圆柱齿轮的受力分析啮合传动中，轮齿的受力分析2.斜齿圆柱齿轮切向力：径向力：轴向力：（8－2）斜齿轮受力轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算1主动21主动21主动2二级受力分析练习受力分析练习计算载荷1K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：是考虑外部附加动载荷的系数，见表8－4。是考虑内部附加动载荷的系数，见图8－11。修缘齿可以减小内部附加动载荷，见图8－10。圆柱齿轮传动的载荷计算二、计算载荷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。（见图8－14）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。（见图8－12）─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。（见表8－5）计算载荷2计算载荷2圆柱齿轮传动的载荷计算轮齿变形倾斜1主动2TT§8-5直齿圆柱齿轮的强度计算1一、齿面接触疲劳强度计算基本公式：赫兹公式，式(8－1)。接触应力的计算点：节点设计式：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：≤CN2N1§8-5直齿圆柱齿轮传动的强度计算式（8－5）式（8－6）3）影响接触强度的尺寸是：d（或a）和b，而与模数m无关。直齿轮接触强度计算－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。4）采用正变位、斜齿轮可提高齿轮的强度，参见图9－12。直齿圆柱齿轮的强度计算式中：ZE─弹性系数；（见表8－6）（见图8－16）u─齿数比。ZH─节点区域系数；齿数比：传动比：设：1－为小轮，2－为大轮。减速传动：i=u增速传动：直齿轮弯曲强度计算1二、齿根弯曲疲劳强度计算Ysa－应力修正系数，见图8－19。式中：YFa－齿形系数。只与齿形有关，而与模数m无关，见图8－18。YFa与Ysa表　目的：防止疲劳断齿。≤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：30°30°FnF1F2sl危险截面－重合度系数，见式（8—11）。（8－9）直齿圆柱齿轮的强度计算强度条件：直齿轮弯曲强度计算2引入齿宽系数　　　和d1=mz1，可得设计式：（8－10）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，参见图8－18。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。直齿圆柱齿轮的强度计算 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 模数见表8－7。直齿轮的静强度计算当轮齿的应力循环次数少，或工作中有短时过载时。应计算轮齿的静强度。对于轮齿的静强度，一般是在疲劳强度计算的基础进行校核计算。计算工作应力时，不计入使用系数KA和动载系数。1.齿面静强度计算公式见P166式（8－12）2.轮齿的抗弯静强度计算公式见P166式（8－13）直齿圆柱齿轮的强度计算三、静强度计算直齿轮主要参数的选择1四、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8－8。直齿圆柱齿轮的强度计算齿宽：大轮齿宽：小轮齿宽：（应圆整）齿宽系数：直齿轮主要参数的选择23）中心距a应通过调整齿数或模数，将中心距调整为整数，最好是以0或5结尾的整数。大批量生产时，按有关推荐值选取。直齿圆柱齿轮的强度计算闭式软齿面:z1=20~40闭式硬齿面和开式传动:z1=17~20因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数多一些好！4）齿轮的精度等级国标中对圆柱齿轮规定了十三个精度等级，常用5～9级。（见表8－9）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。例如：8－7－7HK选择精度等级根据传动的用途、使用条件和齿轮的圆周速度等选择精度等级。ZN－寿命系数，是考虑应力循环次数N对疲劳极限影响的系数，一、疲劳强度许用接触应力式中：σHlim－齿轮的接触疲劳极限，见图8－20～图8－23。SH－安全系数，见表8－11。见图8－24。按式（8－15）计算二、疲劳强度许用弯曲应力式中：σFlim－齿轮的齿根弯曲疲劳极限，见图8－25～图8－28。（8－16）轮齿双向弯曲时，图中σFlim值需乘以0.7。§8-6齿轮的许用应力（8－14）SF－安全系数，见表8－11。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，按式（8－15）计算Yx－尺寸系数，见图8－30。（见图8－29）三、静强度许用应力1.静强度许用接触应力（见式8－17）2.静强度许用弯曲应力（见式8－18）§8-7斜齿圆柱齿轮的强度计算一、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：校核式：≤（8－20）设计式：（8－21）εβ＜1时，εβ≥1时，（8－23）εα－端面重合度，εβ－纵向重合度，见式（8－24）。§8-7斜齿圆柱齿轮传动的强度计算斜齿圆柱齿轮强度计算2二、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－按当量齿数查图8－18。Yβ－螺旋角系数的数值可查图8－31。轮齿受载及折断校核式：≤YSa－按当量齿数查图8－19。Yε－重合度系数，按式（8－27）和式（8－28）计算。强度公式中其他参数与直齿圆柱齿轮完全相同。§8-8直齿锥齿轮传动轴交角为90º的直齿锥齿轮传动：§8-8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：Ct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。锥齿轮的受力分析见图8-33直齿锥齿轮传动锥齿轮传动3三、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。（8－36）设计式：（8－37）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1.齿面接触疲劳强度计算锥齿轮传动4校核式：设计式：（8－38）（8－39）式中：YFa－按当量齿数查图8－18。YSa－按当量齿数查图8－19。直齿锥齿轮传动2.齿根弯曲疲劳强度计算§8-9齿轮传动的润滑与效率§8-9齿轮传动的润滑与效率　　二、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；润滑的目的：减小摩擦、减小磨损，还有散热和防锈蚀作用。一、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。闭式齿轮传动：浸油润滑：喷油润滑：齿轮圆周速度≤12m／s时＞12m／s时§8-10齿轮的结构§8-10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 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 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。轮辐式结构实心式齿轮齿轮轴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