第八章 齿轮传动

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第八章齿轮机构案例

第八章齿轮机构案例
第八章 齿轮机构
§8-1 齿轮传动的特点和基本类型
一、齿轮传动的特点
优点:1)传动效率高 2)传动比恒定 3)结构紧凑 4)工作可 靠、寿命长 缺点:1)制造、安装精度要求较高 2)不适于中心距a较大两轴 间传动 3)使用维护费用较高 )精度低时、噪音、振动较大 二、齿轮传动的主要类型 平面齿轮机构: ①外啮合;②内啮合; 直齿圆柱齿轮机构(直齿轮)—— ③齿轮齿条 平行轴斜齿轮机构(斜齿轮):①外;②内;③齿轮齿条 空间齿轮机构: 圆锥齿轮机构—— ①直齿;②斜齿;③曲线齿 交错轴斜齿轮机构 蜗杆机构:两轴垂直交错
二、标准齿轮的基本参数 1、模数m
d zp
d p
分度圆就是齿轮上 具有标准模数和标 准压力角的圆。
p

z
定义模数 m


p m
∴d=mz 单位:mm ; 2、分度圆压力角α
rK rb cos K
m标准化。
分度圆和节圆区别 与联系
rb r cos
mz cos (α 是决定渐开线齿廓形状的一个基本参数) 2
O P r r i12 1 2 2 b 2 常数 2 O1 P r1 rb1

1 r'1
O1
rb1 g' 2
' N1 P g2 g' 1 rb2 r'2 K g1 ' t
t II N2
' 2 O2
§8-4 渐开线标准齿轮的各部分名称和几何尺寸
一、齿轮各部分名称和基本参数
GB1356-88规定标准值α=20° 某些场合:α =14.5°、15°、22.5°、25°。
3、齿数z
d mz 表明:齿轮的大小和渐开线齿轮 mz rb cos 2 形状都与齿数有关

第八章 齿轮传动(1,2概论,啮合几何学)

第八章 齿轮传动(1,2概论,啮合几何学)
rA rb cos A DF rb A AF rb A tg A A inv A
α A A rA F α A D
A
θ A
O
这就是渐开线上任意一点的极坐 标方程。见图8-3。 说明: (1)invα=tgα-α=θ称为渐开线函数, θ 叫展开角,α为渐开线压力角.
证明:
2 O 2 K 2
1 O 1 K 1 .......... .......... .(1)
因两齿廓接触,则在齿廓法线方向无相对运动,只 在切线方向有相对滑动。 因此1、 2在 NN方向的投影相等:
v1 v2
n n
v 1 cos k 1 v 2 cos k 2 .......... .........( 2 )
r1
'
a 1 i12 ai 12 1 i12
' '
,
r2
'
a r1 r2 r1
cos cos
'
r2
cos cos
'
( r1 r2 )
cos cos
'
B.齿条
1.齿条同侧齿廓是相互平行的直线 2.与齿条移动方向平行且齿厚等于齿间的直线为模数线 3.模数线的垂直线与直线齿廓的夹角为齿条齿形角 特点:(1)与模数线平行的任一直线上模数相等 (2)齿廓上各点的压力角相等,且在数值上等于齿形角

1 2
O2P O1 P

r2 r1
' '
两齿廓公法线与连心线的交点P点称为节点;它 的特点是在这点上两齿轮上有相同的速度(大小,方 向),即
1

8-齿轮传动-2

8-齿轮传动-2
② 啮合特点
• 一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合时,齿廓曲面的接触线是与
轴平行的直线。
• 啮合情况是沿着整个齿宽突然同时进入啮合和退出啮合,
• 传动平稳性差,冲击和噪声大。
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第八章 齿轮传动
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① 渐开线直齿圆柱齿轮齿面的形成
k
渐开线形成2
k0
N' k'
k'0
当发生面沿基圆柱作纯滚动时, 若平行于齿轮的轴线的直线kk’在空间 的轨迹为直齿圆柱齿轮的齿面。
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二、斜齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸的计算
(一) 基本参数
1. 螺旋角:
• 斜齿圆柱齿轮的各圆柱面上的螺旋角 不同
• 通常指分度圆上的螺旋角,用β表示
2. 齿距和模数
① 斜齿圆柱齿轮有法面和端面之分
• 法面:与分度圆柱螺旋线垂直的平面, 参数mn、n、han*、cn* ,法面参数 为标准值。
▪ 第八节 斜齿圆柱齿轮传动 ▪ 第九节 齿轮传动的失效形式和材料 ▪ 第十节 圆柱齿轮传动的强度计算 ▪ 第十一节 圆锥齿轮传动 ▪ 第十二节 蜗杆传动 ▪ 第十三节 轮系 ▪ 第十四章 齿轮传动精度 ▪ 第十五章 齿轮传动的空间 ▪ 第十六章 齿轮传动链的设计
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第七节 变位齿轮
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二、变位齿轮及其特点
2. 与标准齿轮相比,变位齿轮的特点
① 两者截取的渐开线区段不同。各区段渐开线的曲率半径 不同,可利用变位的方法改善齿轮传动质量。
② 标准齿轮分度圆齿厚s=齿槽宽e;正变位齿轮s>e,负变 位齿轮s<e。

齿轮传动分析

齿轮传动分析
但需指出,中心距增大,将使两轮齿廓的间隙增大, 从而带来传动时的冲击、噪音等。因此,中心距不可 任意增大,而应有一定的公差。
齿轮传动分析
四、渐开线齿廓间的相对滑动
由 图 7-2 知 , 两 齿 廓 接 触 点 在 N1N2上的分速度必定相等,但在齿 廓接触点公切线上的分速度不一 定相等,因此,在啮合传动时, 齿廓之间有相对滑动,这将引起 齿廓的磨损。
变。当不考虑齿廓间的摩擦力影响时,齿廓间的压力是
沿着接触点的公法线方向作用的,即渐开线齿廓间压力
的作用方向恒定不变。故当齿轮传递的转距一定时,齿
廓之间作用力的大小也不变。
齿轮传动分析
三、渐开线齿轮的可分性
由式 i rb 2 rb 1
知:
两渐开线齿廓的传动比恒等于其基圆半径的反比。 因此,当由各种原因使两渐开线齿轮实际中心距与原 设计中心距产生误差时,其传动比仍将保持不变。将 这一特性称为渐开线齿轮的可分性。这对实际使用带 来很大的方便。
齿PK槽宽SeKK ,e齿K, 距P PK K ;Z dr,
Z为齿数。
齿轮传动分析
• 为了计算齿轮各部分的几何尺寸,在齿轮上取一直 径为d的基准圆,对标准齿轮而言,其上齿槽宽齿厚相 等,并使该圆上齿廓压力角为一规定数值,将这个圆 称为分度圆。在分度圆上用S,e,P分别表示齿厚、齿 槽宽和齿距,
传动。分直齿,斜 齿和弧等。 (见图7-1f)。
齿轮传动分析
③螺旋齿传动: 用于空间既不平行又 不相交的两交错轴间 的 传 动 ( 图 7-1g ) 。 只能传递小功率,一 般传递运动。
齿轮传动分析
④蜗杆传动: 用于交错轴间 传动(图7-1h), 轴交错角通常 为 90∘
齿轮传动分析
二、按工作情况可分为: ①开式齿轮传动。②闭式齿轮传动。

机械设计第八章 齿轮传动

机械设计第八章 齿轮传动
2.齿轮传动的设计准则
磨损、弹性变形计算尚不成熟;胶合计算复杂且无必要
主要针对轮齿疲劳折断和齿面疲劳点蚀这两种失效形式 齿轮工作时,要保证足够的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度
1、闭式软齿面 主要失效:疲劳点蚀
一对齿轮啮合,材料相同,谁更容易受到疲劳破坏? 按接触疲劳强度设计, 校核弯曲疲劳强度
2、闭式硬齿面
9
一、齿轮传动概述
1 齿轮传动工作原理与特点 (2)齿轮传动特点——缺点 ①制造安装精度要求高,成适于中心距较大的场合。
10
一、齿轮传动概述
2 齿轮传动类型 (1)按轴的相互位置 (2)按工作条件
(3)按齿面硬度
(4)按齿形分 (5)按使用功能分
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受力:像悬臂梁一样承受弯矩,齿根处弯曲应力最大,且 齿根处本身存在应力集中。 疲劳断裂:循环变化的弯曲应力(什么类型?) →疲劳裂纹 脉动循环 (哪一侧?) →裂纹逐渐扩展→齿根弯曲疲劳折断。 受拉侧
过载折断:轮齿过载或受冲击载荷作用时,突然弯曲折断。 尤其是脆性材料
直齿轮易发生全齿折断,斜齿轮易发生局部折断。 如何改善或避免?
主要失效:轮齿折断
再校核sH≤[sH] 先按sF≤[sF]算出齿轮的主要尺寸m,
先按sH≤[sH]算出齿轮主要尺寸d,再校核sF≤[sF]
按弯曲疲劳强度设计,校核接触疲劳强度
一、齿轮传动概述
2 齿轮传动类型 (1)按轴的相互位置 (2)按工作条件
(3)按齿面硬度
(4)按齿形分 (5)按使用功能分 (6)其他 高速
圆周速度
中速 低速
重载
承 载
中载 轻载
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一、齿轮传动概述
1、在机械传动中,理论上能保证瞬时传动比为常数的是 。

齿轮传动基础知识

齿轮传动基础知识

(3)轮齿抗折断后果:传动失效
(4)提高轮齿抗折断能力的措施
1)d一定时,z↓,m↑; 2)正变位; 齿根厚度↑ ↑抗弯强度
3)提高齿面硬度(HB↑)→[σF] ↑;
4)↑齿根过渡圆角半径; 5)↓表面粗糙度,↓加工损伤; ↓应力集中
6)↑轮齿精度;
7)↑支承刚度。 改善载荷分布
2.齿面点蚀 常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。 (1)现象:节线靠近齿根部位出现麻点状 小坑。 (2)原因:轮齿啮合时为线接触,产生较大 的接触应力,脱离啮合后接触应力消失,因 此接触应力脉动循环变化。当接触应力超过 接触疲劳极限时,齿面受多次交变应力作用 后,因节线处常为单齿啮合,接触应力大, 并且节线处为纯滚动,靠近节线附近滑动速 度小,油膜不易形成, 摩擦力大,易产生裂 纹。润滑油进入裂缝,形成封闭高压油腔, 楔挤作用使裂纹扩展。裂纹扩展致使表层金 属微粒剥落,形成小麻点。
(2)原因:高速重载传动中,齿面间压力大,瞬时
温度高,润滑油模被破坏,齿面间会发生粘接在一起 的现象,在轮齿表面沿滑动方向出现条状伤痕。 (3)后果:引起强烈的磨损和发热,传动不平稳,导致齿轮报废。 (4)提高抗齿面胶合措施
(硫化油) 。 1)增加油的粘度、选用有抗胶合添加剂的合成油
2)加强散热措施;
5.齿面塑性变形 齿面塑性变形主要出现在低速重载、 频繁启动和过载场合。
(1)现象:主动齿轮齿面在节线附近 下凹;从动齿轮齿面在节线附近上凸。
(2)后果:轮齿失去正确的形状而失效 。 (3)提高抗塑性变形的措施:提高齿面硬度; 增大润滑油粘度。
二、齿轮传动的维护 在起动、加载、换挡及制动的过程中应力求平稳,免产生冲击载荷 经常检查润滑系统的状况。润滑工作要求定点、定质、定量、 定期,定人。 定期检查油面高度,油面过低则润滑不良,油面过高会增加 搅油功率的损失。

第八章 齿轮传动

第八章  齿轮传动

m n
0 . 318 d z 1 tan
8-10 齿轮的结构设计 (1)齿轮轴 如果圆柱齿轮齿根圆到键槽底面的径向距离 e2.5m(mn),则可将齿轮与轴做成一体称为齿轮轴.
(2)实心式齿轮
当da 200mm,且e>2.5m(mn),则可做成实心 式
(3) 腹板式齿轮
当da 500mm时,为了减少 质量和节约材料,通常采用 腹板式结构
B
机械性能 屈服极限σ s ( M Pa) 硬 度 HB、 HRC 调质 调质、表 面淬火
580 640
290 350
H B 162~217 H B 217~255 H R C 40~50( 齿 面)
低中速、中载的 非重要齿轮 低中速、中载的 重要齿轮 高速、中载而冲 击较小的齿轮 低中速、中载的 重要齿轮 高速、中载、无 剧烈冲击的齿轮 低中速、中载的 重要齿轮 高速、中载、无 剧烈冲击的齿轮
一、使用系数KA 使用系数KA是考虑由于齿轮啮合外部因素 引起附加动载荷影响的系数。
影响KA的主要因素:原动机和工作机的工作特 性。
二、动载系数K
动载系数K是考虑由于齿轮制造精度、 运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷 影响系数。
影响K的主要因素:基节和齿形误差产生的 传动误差、节线速度和轮齿啮合刚度等。

2 ( u 1) cos b d 1 u sin t
接触线长度L
KF t Z u 1
2
L
br cos b

F

M W

F n cos F h F bS 6
2 F

Ft bm
6( (
hF m
) cos F ) cos

第八章 齿轮传动

第八章 齿轮传动

二、齿轮的设计准则
闭式齿轮传动: 1)软齿面(≤350HBS)齿轮主要失效形式是齿面点蚀, 故可按齿面接触疲劳强度进行设计计算,按齿根弯曲疲劳 强度校核。 2)硬齿面(>350HBS)或铸铁齿轮,由于抗点蚀能力 较高,轮齿折断可能性较大,故可按齿根弯曲疲劳强度进 行设计计算,按齿面接触疲劳强度校核。 开式齿轮传动: 齿面磨损为其主要失效形式,故通常按照齿根弯曲疲 劳强度进行设计计算,确定齿轮的模数,考虑磨损因素, 再将模数增大10%——20%,而无需校核接触强度。
五、齿根弯曲疲劳强度计算
视齿轮为悬臂梁,其危险 截面用30°切线法确定
假设
总法向力作用在轮齿齿顶, 全部载荷由一对轮齿承担
总法向力沿作用线移至轮齿对称中心线处,按这样假设求得 的轮齿根部的弯曲应力——名义弯曲应力
强度条件:齿根危险截面处的最大计算弯曲应力应小于或 等于轮齿材料的许用弯曲应力。
F [ F ]
设计公式:
m
2KT1 YFa ( YSa ) 2 d Z1 [ ]F
说明: 1、配对齿轮∵z1≠ z2 ,∴Y Fa1≠ Y Fa2 ∴ σF1 ≠ σF2,但两齿轮的 材料及热处理方式不同,则[σ] F1 ≠[σ] F2 ,
YFa 2 YSa 2 YFa1YSa1 及 所以 取二者中较大值公式进行设计。 F1 F 2
措 施
齿面胶合
原 因 措 施
高速重载或润滑不良的低速重载齿轮
齿面局部温升过高,润滑失效,润滑不良,导 致两齿面粘结,当两齿面分离时,粘接点撕破,齿 面留下沟纹。 轮齿修形,减小啮入始点和啮出终点的滑动系数。 保证良好润滑。 提高齿面硬度,降低齿面粗糙度。 减小m,降低齿高,以减小齿面间滑动速度。 限制齿面温度。 开式齿轮传动或润滑油不洁的闭式齿轮传动 灰尘、金属屑等杂物进入齿面

《机械设计基础》第8章 齿轮系

《机械设计基础》第8章 齿轮系
z 2 z3 1H 1 H H i13 H 3 3 H z1 z2
48 24 4 48 18 3
250 H 4 100 H 3
H 2
2
1
2‘ H
3
3H
3
1

H 1
H 50
周转轮系传动比计算方法小结:
定轴齿轮系
平面定轴齿轮系 空间定轴齿轮系
二.行星齿轮系
1. 定义
在齿轮系运转时,若至少有一个齿轮的几何轴线 绕另一齿轮固定几何轴线转动,则该齿轮系称为行星 齿轮系(如图8-3)。它主要由行星齿轮、行星架(系 杆)、和中心轮所组成。
2. 基本构件
行星齿轮系中由于一般都以中心轮和行星架作 为运动的输入或输出构件,故称它们为行星齿轮系 的基本构件
上角标 H
周转轮系
-w
H
正负号问题
转化机构:假想的定轴轮系
i1H n 1 n H i1n
计算转化机构的传动比 计算周转轮系传动比
1H z 2 z n i H z1 z n1 n
H 1n
i1 n 1
n
例题8-2 :
一差动齿轮系如图 所示,已知个轮齿数为: z1 16, z 2 24, z3 64, 当轮1和轮3的转速为:
式中:G为主动轮,K为从动轮,中间各轮的主 从地位也应按此假定判定。m为齿轮G至K间外啮合 的次数。
求行星齿轮系传动比时,必须注意以下几点:
(1) nG , K ,nH 必须是轴线平行或重合的相应齿轮的 n 转速。 (2)将nG,nK,nH 的已知值代入公式时必须带正 号或负号。
H (3) i GK i GK。 i GK为转化机构中轮G与K的转速之 比,其大小与正负号应按定轴齿轮系传动比的计算 方法确定。

机械设计-齿轮传动

机械设计-齿轮传动
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:
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
2
1 主动
2
1 主动
2
二级受力分析
练 习
K 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。
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:
C
t
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。
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

齿轮传动

齿轮传动

2
一、齿轮传动的使用要求
长周期误差:影响齿轮传动准确性 短周期误差:影响齿轮传动平稳性
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第八章 齿轮传动
3
一、齿轮传动的使用要求
3. 载荷分布的均匀性
• 要求齿轮啮合时齿面沿齿高 和齿宽方向都接触良好。
• 齿面接触精度差会引起载荷 集中,使齿面局部失效,影 响齿轮的使用寿命。
一对齿轮的侧隙最大值 jt 2 Esi1 Esi2
3. 基圆偏心、齿形误差
jt 3

(Ft1''

Ft
'' 2
)
tan
Ft'', 径向综合误差
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第八章 齿轮传动
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二、空回误差的估算
(二)齿轮与轴的配合间隙
jt4 2(e1 e2 ) tan
e1,e2,两齿轮偏心量
轮精度的工作,可以提高检验效率,使之经济合理。
③ 齿轮和齿轮副的检验
根据工作要求和生产规模,对每个齿轮须在三个公差组中各选一个检 验组进行检定和验收
同时另选一个检验组来检定齿轮副的精度及侧隙的大小。表8-24
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第八章 齿轮传动
12
二、齿轮及其传动的误差来源和精度要求
3. 侧隙
由于侧隙引起的从动轮滞后角(空回误差角)

' 12

2
jt
d2
d
,从动轮分度圆直径。
2
两级传动链输出轴空回误差角

' 13
'2'3


' 12
i2'3

第八章 齿轮传动

第八章 齿轮传动

rk
)
θk αk
rb
O
N
θk =invαk =tgαk-αk
5、渐开线齿廓满足啮合基本定律 如图: ① 基圆-----rb1, rb2 ②K-----齿廓交点(啮合点) ③N1N2---- 过 k 的 两 齿 廓 的 公 法
N2
ω1
O1
N1 K C2 C1
rb1
K’
P
ω2 P O2
要使两齿轮作定传动比 传动,则两轮的齿廓无 论在任何位置接触,过 接触点所作公法线必须 与两轮的连心线交于一 个定点。
§8-1 概述
三.缺点: 要求较高的制造和安装精度,加工成本高、不 适宜远距离传动(如单车)。
分类:
齿 轮 传 动 的 类 型
直齿 圆柱齿轮 斜齿 齿轮齿条 平面齿轮传动 人字齿 (轴线平行) 非圆柱齿轮 直齿 按相对 圆锥齿轮 斜齿 运动分 两轴相交 曲线齿 球齿轮 空间齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 (轴线不平行) 两轴交错 交错轴斜齿轮 渐开线齿轮(1765年) 准双曲面齿轮
αk Fn
③离中心越远,渐开线上的压力角越大。 vk
k
压力角αk :啮合时K点正压力Fn与速度vk 所夹锐角为渐开线上该点之压力角αk。 ∆KOB中 cosαk = rb/rk
④渐开线形状取决于基圆半径, 当rb→∞,渐开线变成直线。(齿轮变成 什么?)
⑤ 基圆内无渐开线。 K
A
rk
θk αk
O
B
rb1
ra1
P N2 B1
B2 N 1
B1B2 -实际啮合线 N1N2 :因基圆内无渐开线 理论上可能的最长啮合线段-理论啮合线段 N1、N 2 -啮合极限点
N
si
s Sb

机械设计试题及答案第八章 齿轮传动

机械设计试题及答案第八章 齿轮传动

8-20 直齿圆锥齿轮齿面上所承受的法向载荷Fn通常被视为集中作用在_______, Fn可分 解为_______、_______、_______三个分力,三个分力的方向的判定法则为 _______,其大小与_______、________、______有关。
答案:平均分度国上;径向力 Fr 、圆周力 Ft 、轴向力 Fa;径向力 Fr指向轴心、 主动齿轮的圆周 Ft切于分度圆且与其转动方向相反、轴向力指向大端;所传 递的功率、转速、平均分度圆直径、压力角、分度圆锥角。
8-16 斜齿圆柱齿轮的节点处的法面曲率半径n与端面曲率半径t的关系是 _______,在综合曲率计算时,使用的是______曲率半径。
答案:n=t/cosb;法面。 8-17 斜齿圆柱齿轮传动齿面的接触疲劳强度应取决于_______,实用的许用接触应力 约可取为________。
答案:大、小齿轮;[]H =([]H1+[]H2)/2 8-18 直齿圆锥齿轮传动以_______端参数为标准值。在强度计算时,以______作为计
8-3 在设计开式齿轮传动时,一般选择保证_______作为设计准则;对于闭式 较齿面齿轮传动,通常以保证______为主,校核其________。
答案:齿根弯曲疲劳强度;齿面接触疲劳强度;齿根弯曲疲劳强度。
第二页,共66页。
8-4 对齿轮轮齿材料性能的基本要求为_______、________;齿轮材料的选择原 则______、_______。
答案:载荷作用于单齿对啮合的最高点;全部载荷作用于齿顶。
第四页,共66页。
8-10 直齿圆柱齿轮传动的弯曲疲劳强度计算中,引入了齿形系数Y Fa和应力校正系数Y Sa,随着齿轮齿数的增多, Y Fa 的值。将_______, Y Sa 的值将_______。

第八章 齿轮传动

第八章 齿轮传动

1 O2 P i12 2 O1P
瞬时传动比等于齿廓接触点的公法线 将连心线截为两段线段的反比。
传动比恒定的条件: 不论两齿廓在何位置接触, 过其接触点所作两齿廓的公法线 均须与连心线交于一定点P 。
a b n
O1
1
v2 v1
P
n
K
c
节点
节圆
2
Z O2
§6-3 渐开线及渐开线齿轮
一、渐开线的形成
O
d
m, α, ha*,c*等于标准数值, s=e
三、几何尺寸计算(P75表6-3) 1)分度圆直径 d=mz 2)齿顶高 ha=h*am 3)齿根高 hf=(h*a+c*)m 4)全齿高 h=ha+hf=(2h*a+c*)m 5)齿顶圆直径 da=d+2ha=(z+2 h*a)m 6)齿根圆直径 df=d - 2hf= mz -2(h*a+c*)m =(z-2 h*a -2c*)m 7)基圆直径 db= dcosα= mzcosα 8)齿距 p =πm 9)基圆上的齿距 pb=πdb / z =πmcosα =pcosα 10)齿厚 s=πm/2 11)齿槽宽 e=πm/2 12)中心距 a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2
αK1
n
K P N1
vK1 cosK1 vK 2 cosK 2
b
N2
因为PO1N1∽PO2N2,则 瞬时传动比
n
c
αK2
O 2 K cosK 2 O 2 N 2 O 2 P i12 2 O1K cosK 1 O1N 1 O1P
2
Z O2
二、齿廓啮合的基本定律
P

机械设计综合大作业 林武深AP0908217

机械设计综合大作业 林武深AP0908217

第八章齿轮传动一、知识要点本章以渐开线直齿圆柱齿轮传动为主线,阐述圆柱齿轮传动的运动设计和承载能力设计。

运动设计主要包括啮合原理及啮合特点、基本参数和几何尺寸计算等内容;承载能力设计主要包括设计计算准则、齿轮失效、力分析和强度计算等内容。

在此基础上,简明介绍直齿锥齿轮传动设计及齿轮润滑设计。

齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。

齿轮技术科达到的指标为:圆周速度v=300m/s,转速n=100000r/min,传递效率P=100000Kw,模数m=0.004~100mm,直径d=1mm~152.3m 。

1、 齿轮传动的分类① 按传动形式分② 按齿轮传动的工作条件分:闭式传动、开式传动、半开式传动 ③ 按齿面硬度分:齿面硬度≤350HB 或38HRC 时,称为软齿面齿轮齿面硬度>350HB 或38HRC 时,称为硬齿面齿轮2、 齿轮传动的优缺点优点:1) 齿轮传递的功率和速度范围很大,功率可从很小到数十万千瓦,圆周速度可从很小到每秒一百多米以上。

齿轮尺寸可从小于1mm 到大于10m 。

2) 齿轮传动属于啮合传动,齿轮齿廓为特定曲线,瞬时传动比恒定,且传动平稳、可靠。

3) 齿轮传动结构紧凑、效率高,使用寿命长。

4) 齿轮种类繁多,可以满足各种传动形式的需要。

缺点:1) 齿轮的制造和安装的精度要求较高,制造齿轮需要有专门的设备。

齿轮传动 平面齿轮传动空间齿轮传动 直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传传递相交运动 传递交错轴运动 内啮合 外啮合直齿圆锥齿轮 斜齿圆锥齿轮 交错轴斜齿轮传动 蜗杆蜗轮准双曲面齿轮 曲齿圆锥齿轮 人字齿轮运动 齿轮齿条 内啮合外啮合2) 啮合传动会产生噪声。

3)当两轴距离较远时,须用一系列齿轮来传递轴间的运动和动力,增加了机器的复杂程度和重量。

3、齿轮传动的失效形式1)轮齿折断:轮齿折断一般发生在齿根部位,齿根部位的弯曲应力最大,且齿根过渡部分的形状和尺寸的突变,以及沿齿向的加工刀痕均会引起应力集中造成的。

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☆ 按齿面接触疲劳强度设计
d1 766 3
KT1 (u 1) d u H 2
=
7663
1.2 99.48 (4 1) = 63.4mm 4 5132
☆确定齿轮模数
取标准模数 m=2.75 mm 。
d 1 63.4 m 2.64 z1 24
☆小齿轮直径 d 1
传动失效
跑合后,若σH仍大于[σH],则成为扩展性点蚀。 硬齿面齿轮:点蚀一旦形成就扩展,直至齿面完全破坏。 ——扩展性点蚀 开式传动:无点蚀(∵v磨损>v点蚀)
(4 )
齿面粘连后撕脱
胶合后果:产生振动、噪声,不能工作
(5)齿面磨损
原因:相对滑动;
主动
润滑不良; 存在杂质。
磨损后果:
齿形破坏、变薄引起冲 击、振动,甚至断齿。
ZE
KT1 u 1 H ( MPa) 2 bd1 u
2
设计式:
KT1 u 1 d1 2.18 3 ( ) (mm) H d u
尺寸相同时: 斜齿轮承载能力大于直齿轮
外载和材料相同时:斜齿轮尺寸小于直齿轮
4. 轮齿弯曲疲劳强度条件
校核式:
1.56KT1 F YFs F (MPa) 2 bmn z1
H1 380+0.7HBS=541MPa H2 380+0.7HBS=513MPa F1 140+0.2HBS=186MPa F2 140+0.2HBS=178MPa
2. 选取设计参数
☆小齿轮齿数
z1
取 z 1 =24,则 z 2 4 24 96
2
按齿根弯曲疲劳 强度设计
2 KT1 m YFS 2 d z1 F
F
2 KT1 YFS F bd1m
KT1 u 1 H bd12 u
3)确定主要的几何参数 4)强度校核
按齿根弯曲疲劳强度 校核 按齿面接触疲 劳强度设计
H 3.53Z E
第三节
操作与实践
一、齿轮结构的设计步骤
二、齿轮结构型式
近时,可以将齿轮与轴做成一体,称为齿轮轴。否则可 能引起轮缘断裂。
(1) 齿轮轴:直径较小的钢质齿轮,当齿根圆直径与轴径接
圆柱齿轮轴
圆锥齿轮轴
( 2)
( 3)
适用于中型尺 寸的齿轮。
( 4)
三、标准齿轮传动的设计计算
设计实例 设计一带式运输机的单级减速器中的圆柱齿 轮传动。已知减速器中的输入功率10kW, 满载转 速 n=960r/min , 传动比 ,单向运转、载 荷平稳。 i12 4 1. 选择齿轮材料、确定许用应力 小齿轮45钢调质,齿面硬度为230HBS。 大齿轮45钢正火,齿面硬度为190HBS。
1、盘式(实心式) 2、腹板式 3、轮辐式 4、组合式
(1)齿轮轴 如果圆柱齿轮齿根圆到键槽底面的径向距离 e2m(mn),则可将齿轮与轴做成一体称为齿轮轴.
腹板式
盘式(实心式)
轮辐式
齿轮的结构
§10-11 齿轮传动的润滑
齿轮运动有相对滑动 摩擦、磨损、功耗 、 润滑剂的作用:减少磨损、散热、防锈。 一.齿轮传动的润滑方式: 1.开式和半开式齿轮传动:人工定期加润滑油。 润滑剂:润滑油或润滑脂 2.闭式齿轮传动:润滑方式:由齿轮的圆周速度大小定。 1当v 12m / s时, 采用油池润滑
学 习 要 求
1、掌握齿轮传动的优缺点、适用场合、类型及精度选择。 2、掌握选用齿轮材料的基本要求、常用热处理方法,合
理地选用齿轮的配对材料。 3、掌握齿轮的齿面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度的 基本理论及各参数的意义。 4、了解齿轮失效形式的特点、部位、机理及预防或减轻 失效的措施。 5、了解齿轮结构、齿轮润滑及效率。
轮齿折断
直齿轮
齿宽b较小时,载荷易均布 ——整体折断 齿宽b较大时,易偏载 ——载荷集中在齿一端 ——局部折断
斜齿轮:接触线倾斜
(2 )
(3 )
常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。
现象:节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。
原因:σH>[σH]
脉动循环应力
1)齿面受多次交变应力作用,产生接触疲劳裂纹;
三、齿轮材料的选择
1、对材料的基本要求:齿面要硬,齿芯要韧。
齿轮常用材料是各种牌号的中碳钢,中、低碳合金 钢,铸钢和铸铁等。一般多采用锻造毛坯或轧制钢材, 齿轮尺寸较大或结构复杂且生产批量大时,可采用 铸钢或铸铁。
(1 )
(2 )
(3 )
调质钢 45、40Cr、30CrMnSi、35SiMn等
锻钢
钢 金属 铸铁 铸钢
渗碳钢 20Cr、 20CrMnTi等
氮化钢 38CrAlA 等 ZG310-570等
HT250、HT200、QT500-5等
非金属:夹布塑胶、尼龙 常用于小功率、精度不高、噪声低的场合
二、常用热处理方法
1.表面淬火 用于中碳钢和中碳合金钢。表面淬火硬度可达52 56HRC, 由于齿面的硬度高,耐磨性好,而齿芯的韧性较高,用于轻 微冲击、要求结构紧凑、无须磨齿的场合。
表10-11 齿轮传动润滑油粘度荐用值
圆周速度 v (m/s)
齿轮材料 强度极限
塑料、铸 铁、青铜
<0.5
0.5~1
1~2.5
2.5~5
5~12.5 12.5 ~25
>25
运动粘度 v/cSt(40℃ )
350 450~1000 1000~1250 500 500 220 350 500 500 150 220 350 500 100 150 220 350 80 100 150 220 55 80 100 150 55 80 100
4)人字齿圆柱齿轮
5)齿轮齿条传动
(2)相交轴齿轮传动 1)直齿圆锥齿轮传动
(3)两轴相交错的齿 轮机构
1)交错轴斜齿轮传动

2)蜗轮蜗杆传动
(4)多路齿轮的传动
8avi
二 、标准直齿圆柱齿轮的基本参数及尺寸的计算方法
4 、内齿轮域外齿轮的不同点
5 、齿轮与齿条的不同点
d1
=
mz1 24 2.75 66mm
4.齿轮几何尺寸计算 5.校核弯曲疲劳强度 6. 齿轮传动的精度等级 7.结构设计
第四节
自主学习
1、斜齿圆柱齿轮
2、锥齿轮
3、蜗轮、蜗杆
一、斜齿圆柱齿轮
1)压力角
3. 齿面接触疲劳强度条件
校核式:
H 3.23Z E
精度等级
制造和安装齿轮不可避免地要产生各种误差,这些误差对齿 轮传动带来影响:
1. 影响传动的准确性: 如齿圈径向跳动公差Fr、公法线 长度变动公差Fw等。 2. 影响传动的平稳性:如齿形公差ff、齿距极限偏差fpt等。 3. 影响载荷分布的均匀性:齿向公差F等。 GB10095-88将误差的大小分为12个等级,称为齿轮的精度 等级。1级精度最高,12级精度最低,常用的是6~9级。 此外,考虑到制造误差、工作时轮齿的变形、轮齿热胀冷 缩以及便于润滑的原因,GB还规定了14种齿厚偏差。 根据使用要求不同,允许各公差组选用不同或相同的精度
重点:选用齿轮材料的基本要求、常用 热处理方法,合理地选用齿轮的配对材 料。 难点:齿轮失效形式的特点、部位、机 理及预防或减轻失效的措施,
第一节
项目导入
一、减速器的齿轮传动
第二节
相关知识
一、 齿轮传动的概述
(1)齿轮传动的组成及工作原理:
1.组成:主动轮、从动轮 2.工作原理:齿轮传动是啮合传动,靠主动轮齿和从动轮齿 的相互啮合来传递运动和动力。
*软齿面齿轮HBS1-HBS230~50 高速、重载 体积紧凑 较好的材料及热处理方式
四、齿轮常见的失效形式与设计准则
(1 )
Fn
折断发生在齿根处
原因
齿根弯曲应力大; 齿根应力集中
1)过载折断(淬火钢和铸铁齿轮常见的失效形式); 2)疲劳折断:齿根应力集中、交变载荷反复作用、疲劳裂纹扩展.
低速(v3m/s)
3. 按载荷大小分: 轻载
重载 4. 按齿面的软硬分:硬齿面(HB>350或HRC >38) 软齿面(HB350或HRC38)
(4)对齿轮传动的要求: 1. 传动要平稳、准确
2.要具有足够的承载能力
(1)两轴线平行的圆柱齿轮机构
1)外啮合直齿轮
2)内啮合直齿轮
3)斜齿圆柱齿轮
(2)齿轮传动的特点:
1. 效率高; 2. 结构紧凑; 3. 工作可靠、寿命长; 4. 传动比稳定; 5. 应用范围广。 6. 制造安装精度要求高,因此 成本高; 7. 不宜传动距离过大的场合。
(3) 齿轮传动的类型: 1.按装置型式分:1)开式齿轮传动
2)半开式齿轮传动
3)闭式齿轮传动
2. 按速度的大小分:高速(v15m/s)
正火用于消除内应力,亦适用于机械强度要求不高 的齿轮。
5.渗氮
渗氮后齿面硬度可达60-62HRC,因氮化温度低,轮 齿的变形小,适用于难于磨齿(如内齿轮),又要求齿 面硬度大的场合。
说 明
上述5种热处理方法中,3、4 两种方法得到的为 软齿面齿轮(HB≤350),其余 3 种得到硬齿面齿轮 (HB>350)。 三.齿轮材料的选择原则: 1.工作条件的要求:功率、可靠度、质量、环境 2.工艺要求:毛坯选择;热处理方式 3.硬度选择:*软齿面硬度350HBS;
闭式齿轮传动的润滑方式由圆周速度v确定。 当v≤ 12 m/s时,采用油池润滑。
当v > 12 m/s时,采用油泵喷油润滑。
高速齿轮传动采用喷油润滑的理由: 1)v过高,油被甩走,不能进入啮合区; 2)搅油过于激烈,使油温升高,降低润滑性能; 3)搅起箱底沉淀的杂质,加剧轮齿的磨损。 润滑剂的选择: 齿轮传动常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。 选用时,应根据 齿轮的工作情况(转速高低、载荷大小、环境温度等),选择 润滑剂的粘度、牌号。
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