机械设计Ch10
《机械设计Ch10》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计Ch10（43页珍藏版）》请在文档大全上搜索。
1、第十章 齿轮传动10-1 概述10-2 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原则10-4 齿轮传动的计算载荷10-5 直齿圆柱齿轮传动的强度计算10-6 齿轮传动的精度、设计参数与许用应力10-7 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算10-8 直齿锥齿轮传动的强度计算10-9 齿轮的结构设计10-10 齿轮传动的润滑齿轮传动概述1一、齿轮传动的主要特点一、齿轮传动的主要特点 传动效率高传动效率高可达99。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； 结构紧凑结构紧凑与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需 的空间一般较小；工作可靠，寿命长工作可靠，寿命长 啮合传动工作可靠
2、；寿命长达一、二十年； 传动比稳定传动比稳定（无论是平均值还是瞬时值）这也是齿轮传动获得广泛应用的 主要原因之一； 制造及安装精度要求高，成本较高制造及安装精度要求高，成本较高 专用机床加工，安装调整复杂； 应用范围广泛应用范围广泛 型式多样，传递功率可从很小到很大（数十万千瓦）， 圆周速度可从很低到很高（200m/s）；概述 传动距离不宜过大传动距离不宜过大 远距离传动结构笨重。齿轮传动概述2二、齿轮传动的分类二、齿轮传动的分类按齿轮类型分按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动 蜗杆传动按装置形式分按装置形式分：开式传动、（半开式传动）、闭式传动。按使用情况分按
3、使用情况分：低速/高速、轻载/重载。按齿面硬度分按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度350HBS或38HRC） 硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS或38HRC ）概述图片传动的类型、工作情况直接影响到失效形式和设计准则。齿轮传动的失效形式及设计准则一、失效形式一、失效形式轮齿折断齿面磨损齿面点蚀齿面胶合塑性变形二、设计准则二、设计准则对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是： 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。(如闭式硬齿面传动) 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。(如闭式软齿面传动)对高速重载齿轮传动，还应按齿面抗胶合能力的准则进行计算；为了控制温升，有时还要作散热能力的计算
4、（参见蜗杆传动设计）。齿轮传动常见的失效形式有： 对于齿面磨损、塑性变形等失效形式，目前尚无成熟的计算方法，但应采取相应的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力，如提高齿面硬度、改善润滑条件等。对于开式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则，并将所求得的模数适当增大。齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则总要求：齿面硬、齿芯韧。 一、常用的齿轮材料一、常用的齿轮材料 钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料； 铸铁：常作为低速、轻载、不重要、尺寸大的场合的齿轮材料； 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 二、齿轮材料（包括热处理）的选
5、择原则二、齿轮材料（包括热处理）的选择原则 q 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； q 应考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺； q 应尽量采用硬齿面齿轮传动。若采用钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面 的硬度差应保持在3050HBS或更多（因小齿轮工作负担更重）。 常用材料 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷根据齿轮传动的额定功率和转速，可以得到齿轮传递的名义扭矩和 轮齿所受的名义法向载荷 Fn 。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，且沿接触线分布不均匀。因此在强度计算中，应修正名义载荷，得到计算载荷：ncaKFFK
6、 为载荷系数，其值为：KKA Kv K K （分为 KF 和 KH ）式中：KA 使用系数Kv 动载系数K齿间载荷分配系数K齿向载荷分布系数 KF 、KHKF 、KH直齿圆柱齿轮强度计算1直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿的受力分析一、轮齿的受力分析11t2dTF tan2tan11trdTFF以节点 P 处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：圆柱直齿轮传动各分力方向判断 圆周力径向力Ft 方向在主动轮上与运动方向相反（阻力）在从动轮上与运动方向相同（驱动力）Fr 方向：指向各自 的轮心直齿圆柱齿轮强度计算2二、齿根弯曲疲劳强度计算二、齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算的
7、力学模型之一 悬臂梁模型如下图所示。强度计算思路：受力分析应力分析计算准则计算公式Fca 分解为水平分力、竖直分力弯曲应力F 、压应力C 抗弯强度条件（抗压强度条件引人修正系数考虑）FFWM0直齿圆柱齿轮传动的强度计算简化计算方法是当载荷作用于齿顶、并由一对轮齿来承担。推导得直齿圆柱齿轮强度计算275. 025. 0YYsa 载荷作用于齿顶时的应力修正系数，图10-18。 2F213saFa1FzmYYYTKdF32FsaFa21d1YYZYTKmF强度条件（校核公式）： YFa 齿形系数，与齿制、变位系数和齿数有关，与模数无关。图10-17注意单位：扭矩 T1 Nmm 直齿圆柱齿轮传动的强度
8、计算Y 重合度系数。 齿宽系数 1dbd设计公式 ： 直齿圆柱齿轮强度计算3标准直齿圆柱齿轮强度计算三、齿面接触疲劳强度计算三、齿面接触疲劳强度计算 校核公式： 12HEH311HZZZuudTKdH设计公式：23HEHd11)(12ZZZuuTKdHZH 区域系数，图10-20 。 u 齿数比，u = z2 /z1 ；外啮合用“”，内啮合用“” 。ZE 弹性影响系数，表10-5 。34ZZ 重合度系数。 四、齿轮传动强度计算的说明四、齿轮传动强度计算的说明 q 接触强度计算中，因两对齿轮的H1= H2 ，故按此强度准则设计或校核齿轮传动时，公式中应代H 1和H 2中较小者。 q 当配对齿轮副
9、中的齿面均属软齿面时，小齿轮的齿面硬度应大于大齿轮的齿面硬度，以平衡两齿面的接触疲劳强度；当配对齿轮副的齿面均属硬齿面时，两轮的材料、热处理方法及硬度可取成相同。q 弯曲强度计算中，因大、小齿轮的F 、YFa、YSa 值不同，故按此强度准则设计齿轮传动时，公式中应代 和 中较大者。 2FFa2Fa2YY1FSa1Fa1YY 标准直齿圆柱齿轮强度计算齿轮传动的设计参数3q 用设计公式初步计算齿轮分度圆直径d1（或模数m）时，因载荷系数中的 KV、K、K不能预先确定，故可先试选一载荷系数Kt。算出d1t（或 mt）后，再查取KV、K、K，从而计算K 。若K与Kt接近，则不必修改原设计；否则，按下式
10、修正原设计：3Htt11KKddH3FttKKmmF 标准直齿圆柱齿轮强度计算q 影响弯曲疲劳强度的主要因素是模数模数愈大，弯曲疲劳强度愈高； 影响接触疲劳强度的主要因素是直径直径愈大，接触疲劳强度愈高。23HEHd11)(12ZZZuuTKdH32FsaFa21d1YYZYKTm齿轮传动的精度、设计参数与许用应力一、齿轮传动的精度及其选择一、齿轮传动的精度及其选择各类机器使用的齿轮传动的精度等级范围参见表10-6 。 国家标准对渐开线圆柱齿轮规定了13个精度等级：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12展望级 高精度 中等精度 较低精度 低精度齿轮传动的精度指标分别用三种公差
11、组来表示。选择齿轮精度等级时，应以降低制造成本出发，首先满足主要使用功能，然后兼顾其他要求。例如，仪表中的齿轮传动，以保证运动精度为主（第I公差组）；航空动力传输中的齿轮传动，以保证平稳性精度为主（第II公差组）；齿轮传动的设计参数1二、齿轮传动设计参数的选择二、齿轮传动设计参数的选择1压力角 2齿数 z一般情况下，闭式齿轮传动: z1=2040 开式齿轮传动: z1=17203齿宽系数 d当 d1 已按接触疲劳强度确定时，z1m重合度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，齿数选得多一些好！d 有利于减小径向尺寸，但d过大将导致载荷分布不均匀
