zyp齿轮传动11资料.pptx
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1、第第11章章齿轮传动齿轮传动11-1轮齿的失效形式轮齿的失效形式11-2齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理11-3齿轮传动的精度齿轮传动的精度11-4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算11-6直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算11-7斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动11-8直齿圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动11-9齿轮的构造齿轮的构造11-10齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的润滑和效率第第11章章齿轮传动齿轮传动作用:作用:不仅用来传递运动、而且还要传递动力。不仅用
2、来传递运动、而且还要传递动力。要求:要求:运转平稳、足够的承载能力。运转平稳、足够的承载能力。分类分类开式传动开式传动闭式传动闭式传动-润滑良好、适于重要应用;润滑良好、适于重要应用;-裸露、灰尘、易磨损,适于裸露、灰尘、易磨损,适于低速传动。低速传动。设计:潘存云11-1轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式设计:潘存云一般发生在齿根处,严重过载突然断裂、疲劳折断。潘存云教授研制11-1轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时,表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处,齿面越硬,抗
3、点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面点蚀齿面点蚀11-1轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合高速重载传动中,常因啮合区温度升高而引起润滑失效,致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时,较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。措施:措施:1.提高齿面硬度提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂加抗胶合添加剂高速设计:潘存云11-1轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损措施:措施:1.减小齿面粗
4、糙度减小齿面粗糙度2.改善润滑条件改善润滑条件磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损跑合磨损、磨粒磨损。设计:潘存云11-1轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损齿面塑性变形齿面塑性变形11-2齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理常用常用齿轮材料齿轮材料优质碳素钢优质碳素钢合金结构钢合金结构钢铸钢铸钢铸铁铸铁热处理方法热处理方法表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火调质调质正火正火渗氮渗氮一般用于中碳钢和中碳合金钢,如一般用于中碳钢和中碳合金钢,如45、40Cr等。表面等。表面淬火后轮齿变形小,可不磨齿,硬度可达淬火后轮齿变形小,可不磨齿,
5、硬度可达5256HRC,面硬芯软,能承受一定冲击载荷。面硬芯软,能承受一定冲击载荷。1.1.表面淬火表面淬火-高频淬火、火焰淬火高频淬火、火焰淬火2.2.渗碳淬火渗碳淬火渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢,的低碳钢和低碳合金钢,如如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿面硬度达5662HRC,齿面接触强,齿面接触强度高,耐磨性好,齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的度高,耐磨性好,齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺.调质一般用于中碳调质一般用于中
6、碳钢和中碳合金钢,如钢和中碳合金钢,如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。调质等。调质处理后齿面硬度为:处理后齿面硬度为:220260HBS 220260HBS。因为硬度不高,。因为硬度不高,故可在热处理后精切齿形,且在使用中易于跑合。故可在热处理后精切齿形,且在使用中易于跑合。3.3.调质调质4.正火正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。渗氮是一种化学处理。渗氮
7、后齿面硬度可达渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低,轮齿变形小,适用于难以磨齿的场。氮化处理温度低,轮齿变形小,适用于难以磨齿的场合,如内齿轮。材料为:合,如内齿轮。材料为:38CrMoAlA.5.渗氮渗氮特点及应用:特点及应用:调质、正火处理后的硬度低,调质、正火处理后的硬度低,HBS 350HBS 350,属软齿面,属软齿面,工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时,工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时,因小轮齿根薄,弯曲强度低,故在选材和热处理时,因小轮齿根薄,弯曲强度低,故在选材和热处理时,小轮比大轮硬度高小轮比大轮硬度高:2050HBS
8、2050HBS表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高,属硬硬度高,属硬齿面。其承载能力高,但一般需要磨齿。常用于结构齿面。其承载能力高,但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。紧凑的场合。设计:潘存云表表11-1常用的齿轮材料常用的齿轮材料优质碳素钢优质碳素钢类类别别牌牌号号热热处处理理硬度(硬度(HBS或或HRC)合金结构钢合金结构钢铸铸钢钢灰铸铁灰铸铁球墨铸铁球墨铸铁35正火150180 HBS调质表面淬火180210 HBS4045 HRC正火170210 HBS45调质表面淬火210230 HBS4348 HRC5040Cr调质表面淬火240285 H
9、BS5256 HRC35SiMn调质200260 HBS表面淬火4045 HRC正火调质240280 HBS40MnBZG270-500正火140170 HBSHT200170230 HBSQT500-5147241 HBS180220 HBS详细数据见P161或机械设计手册设计:潘存云设计:潘存云O2O1tt1(主动)(主动)N1N2c d12 FnT111-4 11-4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷一、一、轮齿上的作用力及计算载荷轮齿上的作用力及计算载荷圆周力:圆周力:径向力:径向力:法向力:法向力:小齿轮上的转矩:小齿轮上的转矩:P P为传递的功率
10、(为传递的功率(KWKW)1 1-小齿轮上的角速度,小齿轮上的角速度,n n1 1-小齿轮上的转速小齿轮上的转速d d1 1-小齿轮上的分度圆直径,小齿轮上的分度圆直径,-压力角压力角各作用力的方向如图各作用力的方向如图O22(从动)(从动)O1N1N2tt1(主动)(主动)T1c d12d22 FtFrFnFn为了计算轮齿强度,设计轴和轴承,有必要分析轮齿上的作用力。设计:潘存云二、二、计算载荷计算载荷上述法向力为名义载荷,理论上沿齿宽均匀分布,但由于轴和轴承的变形,传动装置制造和安装误差等原因载荷并不是均匀分布,出现载荷集中的现象。图示轴和轴承的刚度越小,齿宽b越宽,载荷集中越严重。F F
11、n n-名义载荷名义载荷受力变形受力变形制造误差制造误差安装误差安装误差附加动载荷附加动载荷此外轮齿变形和误差还会引起附加动载荷,且精度越低,圆周速度越高,动载荷越大。载荷集中载荷集中计算齿轮强度时,采用用计算载荷用计算载荷KFKFn n代替名义载荷代替名义载荷F Fn n以考虑载荷集中和附加以考虑载荷集中和附加动载荷的影响,动载荷的影响,K-载荷系数载荷系数表表11-3载荷系数载荷系数K原动机原动机电动机电动机多缸内燃机多缸内燃机单缸内燃机单缸内燃机均均匀匀中等冲击中等冲击大的冲击大的冲击工作机械的载荷特性工作机械的载荷特性1.11.21.21.61.61.81.82.01.11.21.61
12、.81.61.81.92.12.22.4Fnb()maxFnb()min设计:潘存云齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中,轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关,而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进行计算。11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算赫兹公式:赫兹公式:“+”用于外啮合,用于外啮合,“-”用于内啮合用于内啮合实验表明:齿根部分靠近节点处最容易发生点蚀,故取节点处的应力作为计算依据。节圆处齿廓曲率半径:节圆处齿廓曲率半径:齿数比齿数比:u=z2/z1=d2/d11
13、得得:O22(从动)(从动)O1N1N2tt1(主动)(主动)T1c d12d22 中心距中心距:a=(d2 d1)/2或或:d1=2a/(u 1)C12=d1(u 1)/2在节点处,载荷由一对轮齿来承担:在节点处,载荷由一对轮齿来承担:弹性模量:弹性模量:E E1 1=E=E2 2=2.06=2.0610105 5 MPA泊松比:泊松比:1 1=2 2=0.3,0.3,=20=20一对钢制齿轮:一对钢制齿轮:代入赫兹公式得:代入赫兹公式得:引入齿宽系数:引入齿宽系数:a=b/a得设计公式:得设计公式:当一对齿轮的材料,传动比以及齿宽系数一定时,由齿面接触强度所决定的承载能力,仅与中心距a或齿
14、轮得分度圆有关。分度圆直径分别相等的两对齿轮,不论其模数是否相等,具有相同的承载能力。模数模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。不能成为衡量齿轮接触强度的依据。当配对齿轮的材料不同时,公式中的系数也不同。钢钢-铸铁铸铁取:取:285285285,铸铁,铸铁-铸铁铸铁取:取:250250250表表11-4安全系数安全系数SH和和SFSHSF安全系数安全系数软齿面软齿面(HBS350)硬齿面硬齿面(HBS350)重要的传动、渗重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸碳淬火齿轮或铸造齿轮造齿轮1.01.11.31.41.11.21.41.61.62.21.3许用接触应力:许用接触应力:HlimHlim -接触疲
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