机械设计 齿轮传动_新版教材朱

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1、基本要求：基本要求：1了解齿轮的失效形式、防止或减轻失效的措施。了解齿轮的失效形式、防止或减轻失效的措施。 2掌握齿轮传动的设计准则掌握齿轮传动的设计准则 4掌握直齿圆柱齿轮传动的强度计算、设计参数及许用应力掌握直齿圆柱齿轮传动的强度计算、设计参数及许用应力 5掌握斜齿圆柱齿轮传动的设计掌握斜齿圆柱齿轮传动的设计 6了解直齿圆锥齿轮传动的设计了解直齿圆锥齿轮传动的设计 7了解齿轮传动的润滑和效率了解齿轮传动的润滑和效率 8掌握齿轮的结构设计掌握齿轮的结构设计重点和难点重点和难点 ： 重点：重点： 1齿轮传动的失效形式；各类齿轮传动的受力分析。齿轮传动的失效形式；各类齿轮传动的受力分析。 2直齿

2、圆柱齿轮传动的强度计算。直齿圆柱齿轮传动的强度计算。难点：难点： 1针对不同的失效形式和工况恰当地确定设计准则。针对不同的失效形式和工况恰当地确定设计准则。 2合理选择相应的设计参数。合理选择相应的设计参数。一、齿轮传动的特点一、齿轮传动的特点 二、齿轮传动的类型二、齿轮传动的类型 1）工作可靠，使用寿命长，适应范围广）工作可靠，使用寿命长，适应范围广 ；2）结构紧凑；）结构紧凑；3）传动效率高，在机械传动中齿轮传动的效率最高，可达标）传动效率高，在机械传动中齿轮传动的效率最高，可达标99%；4）瞬时传动比恒定，故传动平稳；）瞬时传动比恒定，故传动平稳；5）齿轮加工需要专用的机床和刀具，制造及

3、安装精度要求高，成本高；）齿轮加工需要专用的机床和刀具，制造及安装精度要求高，成本高； 精度低时噪音大；不易用于轴间距过大的传动。精度低时噪音大；不易用于轴间距过大的传动。1）按工作条件、装置型式）按工作条件、装置型式 ： 闭式：封闭在箱体内，安装精度高、润滑条件好；闭式：封闭在箱体内，安装精度高、润滑条件好； 开式：齿轮外露，不能防尘、周期润滑、精度低；开式：齿轮外露，不能防尘、周期润滑、精度低； 半开式：齿轮浸入油池、外装护罩、防尘性差。半开式：齿轮浸入油池、外装护罩、防尘性差。2）按齿面的硬度：）按齿面的硬度： 软齿面软齿面 （350 HBW或或38HRC ）；）； 硬齿面硬齿面 （35

4、0 HBW或或38HRC ）传动比传动比i i=n1/n2=d2/d1=d2/d1=z2/z1 d 、d齿轮的节圆直径和分度圆直径；齿轮的节圆直径和分度圆直径；z 为齿轮齿数。为齿轮齿数。角注角注1指主动轮，指主动轮，2指从动轮。指从动轮。 齿数比齿数比u u= z2/z1 z2、z1 大、小齿轮的齿数。大、小齿轮的齿数。减速传动，减速传动， u=i；增速传动，增速传动，u=1/i。减速传动，减速传动，i1；增速传动，；增速传动，i1。为了使强度计算对减速和增速传动都适用，引入齿数比概念为了使强度计算对减速和增速传动都适用，引入齿数比概念 一、失效形式一、失效形式1 1 、轮齿的折断、轮齿的折

5、断脆性折断：脆性折断：脆性脆性材料、冲击或过载材料、冲击或过载疲劳折断：疲劳折断：齿根应力集中、交变载荷反复作齿根应力集中、交变载荷反复作 用、疲劳裂纹扩展用、疲劳裂纹扩展防止折断：防止折断：增大齿根过渡圆角半径；增大齿根过渡圆角半径；降低表面粗糙度；降低表面粗糙度；减轻加工损伤；减轻加工损伤；增大轴及支承的刚性；增大轴及支承的刚性；提高制造和安装精度和齿轮材料的机械性能；提高制造和安装精度和齿轮材料的机械性能；采用表面强化处理采用表面强化处理( (如喷丸、辗压如喷丸、辗压) )等。等。 斜齿斜齿直齿直齿轮齿折断轮齿折断2 、齿面接触疲劳破坏、齿面接触疲劳破坏(点蚀点蚀)防止点蚀：防止点蚀：提

6、高齿面硬度和降低表面粗糙度；提高齿面硬度和降低表面粗糙度；适当采用大的变位系数和适当采用大的变位系数和(x=x1+x2)以增大综合曲率半径；以增大综合曲率半径；适当采用粘度较高的润滑油；适当采用粘度较高的润滑油；合理匹配齿轮副的材料；合理匹配齿轮副的材料；适当增加齿轮副的硬度差；适当增加齿轮副的硬度差；提高齿轮传动的接触精度等提高齿轮传动的接触精度等。 点蚀原因：点蚀原因：接触应力的反复作用接触应力的反复作用点蚀后果：点蚀后果：轻者轻者影响传动的平稳性并产生影响传动的平稳性并产生 振动和噪声，振动和噪声，重者不能工作重者不能工作点蚀是润滑良好的闭式传动常见的失效点蚀是润滑良好的闭式传动常见的失

7、效形式。形式。点蚀总是密集于靠近节线的齿根部位。点蚀总是密集于靠近节线的齿根部位。 防止磨损：防止磨损：正确选择齿轮参数以降低齿面滑动率；正确选择齿轮参数以降低齿面滑动率；提高齿面硬度；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；降低齿面粗糙度；供给足够的润滑油并保持油的清洁；供给足够的润滑油并保持油的清洁；采用粘度较大的油，并在油中添加适当采用粘度较大的油，并在油中添加适当的添加剂等。的添加剂等。 磨损原因：磨损原因：齿面进入磨料齿面进入磨料磨损后果：磨损后果：齿形破坏、变薄引起冲击、齿形破坏、变薄引起冲击、 振动，甚至断齿振动，甚至断齿3 、齿面磨损、齿面磨损磨粒磨损是开式齿轮传动常见的失效形式磨粒磨损

8、是开式齿轮传动常见的失效形式之一。之一。 4 、齿面胶合、齿面胶合胶合现象：胶合现象：两表面尖峰接触后粘结，再被撕开。两表面尖峰接触后粘结，再被撕开。胶合是比较严重的粘着磨损，胶合发生后，齿廓胶合是比较严重的粘着磨损，胶合发生后，齿廓失去正常形状，不能正常工作。失去正常形状，不能正常工作。 冷胶合、热胶合冷胶合、热胶合防止胶合：防止胶合：正确选择齿轮参数以降低齿面滑动率；正确选择齿轮参数以降低齿面滑动率；减小模数和齿高以降低滑动速度；减小模数和齿高以降低滑动速度；采用极压润滑油；采用极压润滑油；选用抗胶合性能好的齿轮副材料；选用抗胶合性能好的齿轮副材料；材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬材料相

9、同时，使大、小齿轮保持适当硬度差；度差；提高齿面硬度和降低表面粗糙度等。提高齿面硬度和降低表面粗糙度等。 胶合是重载齿轮传动常见的失效形式。胶合是重载齿轮传动常见的失效形式。 5 、轮齿塑性变形、轮齿塑性变形防止塑性变形：防止塑性变形：适当提高齿面硬度和降低表面粗糙度；适当提高齿面硬度和降低表面粗糙度；正确选择齿轮参数以降低齿面滑动率；正确选择齿轮参数以降低齿面滑动率；采用粘度较大的润滑油和极压润滑油等。采用粘度较大的润滑油和极压润滑油等。 齿体塑性变形：齿体塑性变形：突然过载，引起齿体歪斜突然过载，引起齿体歪斜塑性变形原因：塑性变形原因：齿面软，润滑失效、摩擦变大齿面软，润滑失效、摩擦变大齿

10、面塑性变形：齿面塑性变形：齿面表层材料沿摩擦力方向流动齿面表层材料沿摩擦力方向流动塑性变形后果：塑性变形后果：齿廓形状变化，破坏正确啮合齿廓形状变化，破坏正确啮合轮齿塑性变形轮齿塑性变形二、齿轮传动的设计准则二、齿轮传动的设计准则闭式软齿面齿轮传动：闭式软齿面齿轮传动：失效形式失效形式点蚀；点蚀； 设计设计按按HH 校核校核按按FF闭式硬齿面齿轮传动：闭式硬齿面齿轮传动：失效形式失效形式轮齿折断轮齿折断 设计设计按按FF 校核校核按按HH开式齿轮传动：开式齿轮传动：失效形式失效形式磨损、磨损、轮齿折断轮齿折断； 设计、校核设计、校核 按按FF并考虑磨损的影响将模数适当增大，并考虑磨损的影响将模

11、数适当增大，m增大增大1015高速重载齿轮传动：高速重载齿轮传动：可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。一、材料一、材料1. 材料性能的要求材料性能的要求 齿面要硬、齿芯要韧；具有良好的机械加工和热处理工艺性。齿面要硬、齿芯要韧；具有良好的机械加工和热处理工艺性。2. 常用材常用材料料1 1）锻钢）锻钢加工工艺：加工工艺：锻坯锻坯加工毛坯加工毛坯热处理（正火、调质）热处理（正火、调质）切齿精度切齿精度 7、8、9级。级。HBW1=HBW2+（3050 HBW ）。）。软齿面：软齿面：350 HBW中碳钢：中碳钢：40、45、50、55等等中碳合金钢：中