齒輪傳動(dòng)-機(jī)械設(shè)計(jì)第八版高等教育出版社)演示課件

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齒輪傳動(dòng),§8-1 概述,§8-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,§8-3 齒輪的常用材料,§8-4 圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和計(jì)算載荷,§8-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,§8-6 齒輪的許用應(yīng)力,§8-8 直齒錐齒輪傳動(dòng),§8-10 齒輪的結(jié)構(gòu),§8-9 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑與效率,§8-7 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,.,§8-1概述1,一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、類(lèi)型和基本問(wèn)題,3）效率高；,4）結(jié)構(gòu)緊湊；,1）工作可靠，壽命長(zhǎng)；,2）傳動(dòng)比恒定；,齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，其應(yīng)用范圍十分廣泛。,§8-1 概 述,1. 特點(diǎn)：,5）適用性廣。,可達(dá)99％，在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，其效率最高。,在相同條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間一般較小。,這也是齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用的原因之一。,優(yōu)點(diǎn),,缺點(diǎn),1）制造及安裝精度要求高；,2）成本高。,,2. 類(lèi)型,（錐齒輪）,（圓柱齒輪）,.,概述2,各類(lèi)齒輪圖片,3. 基本問(wèn)題：,1）傳動(dòng)平穩(wěn)：即要求瞬時(shí)傳動(dòng)比i恒定。,2）足夠的承載能力：即要求在預(yù)期的使用期限內(nèi)不失效。,概 述,.,§8-2齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,§8-2 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,一、失效形式,輪齒折斷,齒面點(diǎn)蝕,齒面膠合,齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效，常見(jiàn)的失效形式有：,,多發(fā)生在輪齒的節(jié)線附近靠近齒根的一側(cè)。,是在重載條件下產(chǎn)生的粘著磨損現(xiàn)象。,齒面磨粒磨損,使輪齒變薄，最后導(dǎo)致輪齒折斷。,塑性變形,是重載軟齒面，在摩擦力作用下引起的材料塑性流動(dòng)。,輪齒折斷,齒面點(diǎn)蝕,齒面膠合,磨粒磨損,塑性變形,.,設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,對(duì)一般工況下的普通齒輪傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：,為防止輪齒的疲勞折斷，需計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。,為防止齒面點(diǎn)蝕，需計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度。,注：對(duì)高速重載傳動(dòng)，還應(yīng)按齒面抗膠合能力進(jìn)行計(jì)算。,二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,1）閉式傳動(dòng),硬齒面：,按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算（確定齒輪的參數(shù)和尺寸），然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度,2）開(kāi)式傳動(dòng)：只計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，適當(dāng)加大模數(shù)（預(yù)留磨損量）。,齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,注：由于磨損比點(diǎn)蝕的形成快，故開(kāi)式傳動(dòng)中見(jiàn)不到點(diǎn)蝕現(xiàn)象。,普通閉式傳動(dòng)的主要失效形式為：輪齒的疲勞折斷和點(diǎn)蝕,普通開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式為：輪齒的疲勞折斷和磨粒磨損,,.,§8-3 齒輪的常用材料,§8-3 齒輪的常用材料,對(duì)齒輪材料性能的要求：齒面硬、芯部韌。,一、常用的齒輪材料,鋼：,鑄鐵：（見(jiàn)表8－3） 用于低速、輕載、不太重要的場(chǎng)合；,非金屬材料：如尼龍、塑料等。適用于高速、輕載、且要求降低噪 音的場(chǎng)合。,常用材料,,二、常用的熱處理方法（見(jiàn)表8－2）,齒輪的毛坯：,鍛造 鑄造,,：適用于形狀復(fù)雜、尺寸大的齒輪。,：適用于中、小尺寸的齒輪。,調(diào)質(zhì)、正火：,－－得軟齒面，強(qiáng)度低，工藝簡(jiǎn)單。,.,齒輪的材料2,三、齒輪材料選用的基本原則,齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等；,應(yīng)考慮齒輪的尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝；,鋼制軟齒面齒輪，小輪的齒面硬度應(yīng)比大齒輪高20～50HBS 。,硬齒面齒輪傳動(dòng)，兩輪的齒面硬度可大致相同，或小輪硬度略高。,整體淬火、表面淬火、滲碳淬火、滲氮等：,－－得硬齒面，強(qiáng)度高。,,適用于中碳鋼,不需磨齒,,齒輪的常用材料,.,§8-4 圓柱齒輪的受力分析載荷計(jì)算,一、輪齒的受力分析,嚙合傳動(dòng)中，直輪齒的受力分析,切向力：,徑向力：,法向力：,,－－為小輪的名義轉(zhuǎn)矩（N·mm）。,式中： －－為小輪的分度圓直徑（mm）。,徑向力 Fr 的方向指向各自的輪心（外齒輪）。,,1. 直齒圓柱齒輪,,（8－1）,§8-4 圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和載荷計(jì)算,用集中作用于分度圓上齒寬中點(diǎn)處的法向力 代替輪齒所受的分布力，將 分解，得：,.,圓柱齒輪的受力分析,嚙合傳動(dòng)中，輪齒的受力分析,2. 斜齒圓柱齒輪,斜齒輪受力,軸向力Fx的方向：用“主動(dòng)輪左右手法則”判斷。,圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和載荷計(jì)算,.,,,,,,,,,,,,1 主動(dòng),,2,,,,,,,,,1 主動(dòng),,2,,,,,,,,,,,,二級(jí)受力分析,練 習(xí),受力分析練習(xí),.,計(jì)算載荷1,K 為載荷系數(shù),上述Fn 為輪齒所受的名義法向力。實(shí)際傳動(dòng)中由于原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)性能的影響以及制造誤差的影響，載荷會(huì)有所增大。,計(jì)算載荷為：,式中：KA ─使用系數(shù)：,─動(dòng)載系數(shù)：,是考慮外部附加動(dòng)載荷的系數(shù)，見(jiàn)表8－4。,是考慮內(nèi)部附加動(dòng)載荷的系數(shù)，見(jiàn)圖8－11。,修緣齒可以減小內(nèi)部附加動(dòng)載荷，見(jiàn)圖8－10。,圓柱齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,二、計(jì)算載荷,.,Kβ ─齒向載荷分布系數(shù)：是考慮載荷沿齒寬方向分布不均的系數(shù)。,（見(jiàn)圖8－14）,鼓形齒改善載荷沿齒寬分布不均的現(xiàn)象。,齒輪遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入（輸出）端，可改善偏載現(xiàn)象。,,（見(jiàn)圖8－12）,─齒間載荷分配系數(shù)：是考慮載荷在同時(shí)嚙合的齒對(duì)之間分配 不均的系數(shù)。,（見(jiàn)表8－5）,計(jì)算載荷2,.,計(jì)算載荷2,圓柱齒輪傳動(dòng)的載荷計(jì)算,.,§8-5直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算1,一、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,基本公式： 赫茲公式， 式(8－1)。,接觸應(yīng)力的計(jì)算點(diǎn)： 節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì)式：,詳細(xì)說(shuō)明,力學(xué)模型： 將一對(duì)輪齒的嚙合簡(jiǎn)化為 兩個(gè)圓柱體接觸的模型。,目的：防止“點(diǎn)蝕”。 強(qiáng)度條件：,≤,校核式：,≤,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C,N2,N1,§8-5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,,式（8－5）,式（8－6）,.,3）影響接觸強(qiáng)度的尺寸是：d（ 或 a ）和 b，而與模數(shù) m 無(wú)關(guān) 。,直齒輪接觸強(qiáng)度計(jì)算,－重合度系數(shù)；,注意：1）“＋”用于外嚙合；“－”用于內(nèi)嚙合。,2） ，應(yīng)按 較小者計(jì)算接觸強(qiáng)度。,4）采用正變位、斜齒輪可提高齒輪的強(qiáng)度，參見(jiàn)圖9－12。,直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算,式中：ZE ─ 彈性系數(shù)；,（見(jiàn)表8－6 ）,（見(jiàn)圖8－16 ）,u ─齒數(shù)比。,ZH ─節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)；,齒數(shù)比：,傳動(dòng)比：,設(shè)：1 －為小輪，2－為大輪。,.,直齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算1,二、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,Ysa－應(yīng)力修正系數(shù)，見(jiàn)圖8－19。,式中：YFa－齒形系數(shù)。只與齒形有關(guān)，而 與模數(shù)m無(wú)關(guān)，見(jiàn)圖8－18。,YFa與Ysa表,,目的：防止疲勞斷齒。,≤,將輪齒簡(jiǎn)化為懸臂梁。,按30°切線法確定齒根危險(xiǎn)截面。,按在齒頂嚙合計(jì)算齒根應(yīng)力。,≤,校核式：,,,,,－重合度系數(shù)，見(jiàn)式（8—11）。,（8－9）,直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算,強(qiáng)度條件：,.,直齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算2,引入齒寬系數(shù) 　　　 和 d1= m z1，可得,設(shè)計(jì)式：,（8－10）,2）影響齒根彎曲強(qiáng)度的尺寸是： m 和 b 。,3）采用正變位、斜齒輪可提高齒輪的強(qiáng)度，參見(jiàn)圖8－18。,注意：,1） ，應(yīng)按 較小者計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度。,4）動(dòng)力傳動(dòng)，一般 m≥1.5～2mm。,直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)見(jiàn)表8－7。,.,直齒輪的靜強(qiáng)度計(jì)算,當(dāng)輪齒的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)少，或工作中有短時(shí)過(guò)載時(shí)。應(yīng)計(jì)算輪齒的靜強(qiáng)度。,對(duì)于輪齒的靜強(qiáng)度，一般是在疲勞強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)進(jìn)行校核計(jì)算。,計(jì)算工作應(yīng)力時(shí)，不計(jì)入使用系數(shù) KA 和動(dòng)載系數(shù) 。,1. 齒面靜強(qiáng)度,計(jì)算公式 見(jiàn)P166 式（8－12）,2. 輪齒的抗彎靜強(qiáng)度,計(jì)算公式 見(jiàn)P166 式（8－13）,直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算,三、靜強(qiáng)度計(jì)算,.,直齒輪主要參數(shù)的選擇1,四、主要參數(shù)的選擇,2）齒數(shù)的選擇,當(dāng)d1已按接觸疲勞強(qiáng)度確定時(shí)，,z1↑,,m↓,,重合度e↑,→傳動(dòng)平穩(wěn),,抗彎曲疲勞強(qiáng)度降低,,齒高h(yuǎn) ↓,→減小切削量、減小滑動(dòng)率,1）齒寬系數(shù) ?d,?d ↑ →齒寬 b ↑ → 有利于提高強(qiáng)度，但 ?d 過(guò)大將導(dǎo)致 Kβ↑,見(jiàn)表8－8。,直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算,齒寬：,（應(yīng)圓整）,齒寬系數(shù)：,.,直齒輪主要參數(shù)的選擇2,3）中心距 a,應(yīng)通過(guò)調(diào)整齒數(shù)或模數(shù)，將中心距調(diào)整為整數(shù)，最好是以0或5結(jié)尾的整數(shù)。大批量生產(chǎn)時(shí)，按有關(guān)推薦值選取。,直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算,閉式軟齒面: z1 = 20 ~ 40 閉式硬齒面和開(kāi)式傳動(dòng): z1 = 17 ~ 20,,因此，在保證彎曲疲勞強(qiáng)度的前提下，齒數(shù)多一些好！,4）齒輪的精度等級(jí),國(guó)標(biāo)中對(duì)圓柱齒輪規(guī)定了十三個(gè)精度等級(jí)，常用 5 ～9 級(jí)。,（見(jiàn)表8－9 ）,齒輪精度分為：,第一公差組：－－控制運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。,第二公差組：－－控制傳動(dòng)的平穩(wěn)性。,第三公差組：－－控制載荷分布的均勻性。,,應(yīng)遵循 “ 需要＋可能 ” 的原則。,例如： 8－7－7 HK,選擇精度等級(jí),根據(jù)傳動(dòng)的用途、使用條件和齒輪的圓周速度等選擇精度等級(jí)。,.,ZN－ 壽命系數(shù)，是考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 對(duì)疲勞極限影響的系數(shù)，,一、疲勞強(qiáng)度許用接觸應(yīng)力,式中：σHlim －齒輪的接觸疲勞極限，見(jiàn)圖8－20 ～ 圖8－23。,SH－安全系數(shù)，見(jiàn)表8－11。,見(jiàn)圖8－24。,σHlim 線圖,按式（8－15）計(jì)算,,二、疲勞強(qiáng)度許用彎曲應(yīng)力,式中：σFlim －齒輪的齒根彎曲疲勞極限，見(jiàn)圖8－25 ～ 圖8－28。,σFlim 線圖,（8－16）,輪齒雙向彎曲時(shí)，圖中σFlim值需乘以0.7。,§8-6 齒輪的許用應(yīng)力,（8－14）,.,SF－安全系數(shù)，見(jiàn)表8－11。,YN－壽命系數(shù)，是考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 對(duì)疲勞極限影響的系數(shù)，,按式（8－15）計(jì)算,,Yx－尺寸系數(shù)，見(jiàn)圖8－30。,（見(jiàn)圖8－29）,三、靜強(qiáng)度許用應(yīng)力,1. 靜強(qiáng)度許用接觸應(yīng)力,（見(jiàn)式8－17）,2. 靜強(qiáng)度許用彎曲應(yīng)力,（見(jiàn)式8－18）,.,§8-7斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算,一、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,用螺旋角系數(shù) Zβ 計(jì)入輪齒傾斜使齒面接觸應(yīng)力減小的影響，對(duì)直齒輪的接觸強(qiáng)度公式進(jìn)行修正，得斜齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式：,,式中：螺旋角系數(shù) ：,重合度系數(shù) Zε ：,εβ＜1時(shí)，,εβ≥1時(shí)，,,（8－23）,εα－端面重合度 ，εβ －縱向重合度 ，見(jiàn)式（8－24）。,,§8-7 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算,.,斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算2,二、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,通常按斜齒輪的當(dāng)量直齒輪計(jì)算其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并引入螺旋角系數(shù)Yβ 計(jì)入輪齒傾斜的影響，得：,設(shè)計(jì)式：,標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算,式中：YFa－按當(dāng)量齒數(shù) 查圖8－18。,Yβ－螺旋角系數(shù)的數(shù)值可查 圖8－31。,,輪齒受載及折斷,YSa,－按當(dāng)量齒數(shù) 查圖8－19。,Yε－重合度系數(shù)，按式（8－27）和式（8－28）計(jì)算。,強(qiáng)度公式中其他參數(shù)與直齒圓柱齒輪完全相同。,.,§ 8-8直齒錐齒輪傳動(dòng),軸交角為90o的直齒錐齒輪傳動(dòng)：,§8-8 直齒錐齒輪傳動(dòng),一、主要參數(shù)和尺寸,直齒錐齒輪的大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。,直齒錐齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù),令 ?R = b/R－－齒寬系數(shù)，設(shè)計(jì)中常取?R =0.25~0.35。,齒數(shù)比：,錐距：,,,,,,,,C,t,.,錐齒輪傳動(dòng)2,二、輪齒的受力分析,用集中作用于齒寬中點(diǎn)處的法向力 Fn 代替輪齒所受的分布力。 將Fn分解為：切向力Ft，徑向力Fr和軸向力Fx。,軸向力Fx的方向總是由錐齒輪的小端指向大端。,,錐齒輪的受力分析,,直齒錐齒輪傳動(dòng),.,錐齒輪傳動(dòng)3,三、強(qiáng)度計(jì)算,按齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪計(jì)算直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度。,校核式：,,忽略重合度的影響。,（8－36）,式中：載荷系數(shù),強(qiáng)度公式中其他參數(shù)與直齒圓柱齒輪完全相同。,直齒錐齒輪傳動(dòng),1. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算,.,錐齒輪傳動(dòng)4,校核式：,設(shè)計(jì)式：,,（8－38）,（8－39）,式中：YFa－按當(dāng)量齒數(shù) 查圖8－18。,YSa,－按當(dāng)量齒數(shù) 查圖8－19。,直齒錐齒輪傳動(dòng),2. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算,.,§ 8-9齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑與效率,§8-9 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑與效率,,二、齒輪傳動(dòng)的效率,閉式齒輪傳動(dòng)的效率有三部分組成：,式中：η1－齒輪的嚙合效率；,η2－攪油損失的效率；,η3－軸承的效率；,潤(rùn)滑的目的：減小摩擦、減小磨損，還有散熱和防銹蝕作用。,一、齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式,開(kāi)式及半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)：采用人工定期加油潤(rùn)滑。,詳細(xì)介紹,閉式齒輪傳動(dòng)： 浸油潤(rùn)滑：,,噴油潤(rùn)滑：,,齒輪圓周速度 ≤12m／s時(shí),＞12m／s時(shí),.,§ 8-10齒輪的結(jié)構(gòu),§8-10 齒輪的結(jié)構(gòu),在綜合考慮齒輪幾何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及經(jīng)濟(jì)性等各方面因素的基礎(chǔ)上，按齒輪的直徑大小，選定合適的結(jié)構(gòu)形式，再根據(jù)　推薦的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算。,常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有,齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定輪緣，輪輻，輪轂等結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小。,輪輻式結(jié)構(gòu),中型尺寸齒輪結(jié)構(gòu),小尺寸齒輪結(jié)構(gòu),大尺寸齒輪結(jié)構(gòu),,腹板式結(jié)構(gòu),.,.,本章插圖2,.,