机械课件第11章 齿轮传动07

钢----铸铁 取：285 ，铸铁----铸铁 取： 250
根据接触强度条件 : 接触应力小于许用接触应力, 得 : H [ H ]
得到一对钢制标准齿轮传动的齿面接触强度验算校验公式为
(u 1)3 KT1 H 335 [ H ] ( MPa) 2 uba 齿宽 b 取齿宽系数 a ，则上式变为如下设计公式 ： 中心距 a 335 2 KT1 a (u 1)3 ( ) mm [ H ] a u 注意：
§11-10 齿轮传动的润滑和效率
第11章
齿轮传动
作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。 要求： 运转平稳、足够的承载能力。
分类
开式传动
闭式传动
----裸露、灰尘、易磨损，适于 低速传动。 ----润滑良好、适于重要应用；
§11-1 轮齿的失效形式
轮齿折断
一般发生在齿根处，严重 过载突然断裂、疲劳折断。
第11章 齿轮传动
§11-1 §11-2 §11-3 轮齿的失效形式 齿轮材料及热处理 齿轮传动的精度
§11-4
§11-5 §11-6 §11-7 §11-8 §11-9
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齿面接触强度计算 直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算 斜齿圆柱齿轮传动 直齿圆锥齿轮传动 齿轮的构造
4. 正火 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。
大直径的齿轮可用铸钢正火处理。
5. 渗氮
渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达60~62HRC。 如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.
氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，
特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，HBS ≤ 350，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， 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: 20~50HBS 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬 齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构 紧凑的场合。
2. 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金钢， 如20、20Cr等。齿面硬度达56~62HRC，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 重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。 3.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、 35SiMn等。调质处理后齿面硬度为： 220~260HBS 。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。
误差的影响： 1.转角与理论不一致，影响运动的不准确性； 2.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起震动、 冲击和噪音影响运动平稳性； 3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，影响载荷分布的不均匀性。 国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1 级最高，12级最低，常用的为6~9级精度。 按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿
失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损
跑合磨损、磨粒磨损。
跑合磨损 磨粒磨损
设计：潘存云
措施：1.减小齿面粗糙度
2.改善润滑条件
§11-1 轮齿的失效形式
失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形
§11-2
齿轮材料及热处理
优质碳素钢 常用齿轮材料 合金结构钢 铸钢 铸铁 表面淬火 ----高频淬火、火焰淬火 渗碳淬火 调质 热处理方法 正火 渗氮 1.表面淬火 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表面 淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达52~56HRC， 面硬芯软，能承受一定冲击载荷。
200
200 100 300 HBS
200 HBS
齿轮的接触疲劳极限σHlim
1500
1400
σHlim(N/mm) 1300
σHlim(N/mm)
合金钢 渗碳淬火
1500 1400 1300 1200 1100 调质钢氮化 1000 900 800 30 40 50 60 HRC
轻型减速器取 a 0.2 ~ 0.4，中型减速器取 a 0.4 ~ 0.6，重型减速器取 a 0.8
4 由接触应力性质可知：
H1 H 2 H
5 由于大、小齿轮一般材料不同，所以： H 1 H 2 ，若按齿面接触强度设
计齿轮传动，应将 [ H ]1 和 H 2 的较小值代入设计公式。
一、轮齿上的作用力及计算载荷 各作用力的方向如图
2T1 圆周力： Ft d 1
d2 2 t N1 Fn
O2 α ω2 （从动）
O2
α Fn N2 Fr α t c Ft d1 T1 2 ω1 α （主动） O1
设计：潘存云
径向力： Fr1 Fr 2 Ft tg 法向力： Fn Ft / cos
引入齿宽系数：ψa=b/a
285 KT1 335 250 a 得设计公式： (u 1) [ H ] a u
3 2
mm
模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。
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。 当配对齿轮的材料不同时， 公式中的系数也不同。
优质碳素钢
45
50
40Cr 合金结构钢 铸 钢 灰铸铁
35SiMn 40MnB
……
……
ZG270-500
…… ……
140~170 HBS
……
170~230 HBS
HT200 QT500-5
……
147~241 HBS
球墨铸铁
……
……
详细数据见P161或机械设计手册
§11-3
齿轮传动的精度等级
制造和安装齿轮传动装置时，不可避免会产生齿形误 差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行误差等。.
6 一般 b1=b2+(5 ─ 10) b1 1
2 b2
许用接触应力：[ H ]
H lim
SH
MPa
σHlim ----接触疲劳极限, 由实验确定,
SH ----为安全系数，查表11-4 确定。
表11-4 安全系数SH和SF
安全系数 软齿面 （HBS≤ 350） 重要的传动、渗 硬齿面 碳淬火齿轮或铸 （HBS> 350） 造齿轮 1.1~1.2 1.4~1.6 1.3 1.6~2.2
1 上式只适用一对钢制标准齿轮,材料改变时,系数335要改变. 2 由上式可见，当一对齿轮的材料、中心矩a,传动比u及齿宽系数Ψa一定时， σH模数m无关。 例:Z1=40,Z2=120,m=5 ▬ a=400,u=3 Z1=20,Z2=60,m=10 ▬ a=400,u=3 3 由于齿宽过大容易发生载荷集中现象，使轮齿折断。 σH相同
1.8~2.0
1.9~2.1 2.2~2.4
§11-5
直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
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 2 力可近似用赫兹公式进行计算。
SH SF
1.0~1.1
1.3~1.4
600
σHlim(N/mm) 500
球墨铸铁
σHlim(N/mm)
600
800 700 σHlim(N/mm)
普通碳素 500 钢正火
400
合金钢调质
400
300 200 100
灰铸铁
300
铸钢 正火
优质碳素钢 600 调质或正火 合金铸 钢调质 500 铸钢调质 400 100 200 300 HBS
表11-1
类 别 牌 号
35
常用的齿轮材料
热处理
正火 调质 表面淬火 正火 调质 表面淬火 正火 调质 表面淬火 调质 表面淬火 调质 …… 正火 ……
设计：潘存云
硬度（HBS或HRC）
150~180 HBS 180~210 HBS 40~45 HRC 170~210 HBS 210~230 HBS 43~48 HRC 180~220 HBS 240~285 HBS 52~56 HRC 200~260 HBS 40~45 HRC 240~280 HBS
计算齿轮强度时，采用
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。
设计：潘存云
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。
轮的各项公差分成三组，分别反映传递运动的准确性，
传动的平稳性和载荷分布的均匀性。
表11-2 齿轮传动精度等级的选择及其应用
精度等级 圆周速度 v(m/s)
直齿圆 柱齿轮 斜齿圆 柱齿轮 直齿圆 锥齿轮
应
用
6级
≤ 15
≤ 25
≤9
高速重载齿轮传动，如飞机、 汽车和机床中的重要齿轮；分 度机构的齿轮传动。
2T1 Ft 在节点处，载荷由一对轮齿来承担：Fn cos d1 cos
一对钢制齿轮：
弹性模量：E1=E2=2.06×105 MPA 泊松比：μ 1=μ 2= 0.3, α=20˚
(u(u )3 3 KT1 11) KT1 335 335 [ H ] 代入赫兹公式得： H 285 H250 22 uba uba
失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合