【清华课件-机械设计基础A(3)】第6章齿轮传动10

6.1齿轮传动的特点
6.1.1齿轮传动的特点
☺啮合传动，效率高; 结构紧凑;效率高：单级
最高可达99%;传递功率大，可达几十千瓦。 ☺结构紧凑。
☺传动比稳定、准确；工作可靠，寿命长。
☺传动比稳定，单级最大传动比为8。 ☺加工精度较高，安装也较复杂，造价较高。 ☺仅适用于近距离传动。
6.1齿轮传动的特点
相对滑动
6.3.2 轮齿的失效形式
失效形式
轮齿的失效—轮齿的折断
静载荷折断——尖峰或冲击载荷 疲劳折断——变化的载荷
齿面的失效
接触疲劳点蚀（收敛性、扩展性） 齿面磨损—磨粒磨损为主 齿面胶合—重载高速，由于瞬时温升引起的 齿面塑性流动—低速重载、频繁起动或过载传动
引起传动失效 的影响因素
工作情况：速度、载荷的大小等 防护情况：开式、半开式、闭式 材料及热处理：
da≥400~500mm
铸铁 HT250、QT500-5 P184表6-6 齿轮常用金属材料材料
非金属 夹布塑胶, 尼龙: 适用于载荷小、高速及精度
要求不高的场合，但一般考虑散热条件，不成对使用。
6.3齿轮的材料及其选择原则
齿轮材料的热处理
☺整体淬火：40Cr ☺表面淬火： 45、40Cr 、40CrNi ☺渗碳淬火：20、20Cr 、20CrMnTi ☺渗氮 ☺碳氮共渗
6.4齿轮传动的受力分析
齿轮传动受力分析的目的 6.4.1直齿轮的受力分析 6.4.2斜齿轮的受力分析 6.4.3锥齿轮的受力分析 6.4.4计算载荷
6.4齿轮传动的受力分析
齿轮传动受力分析的目的
☺计算齿轮的强度；设计轴及选择轴承的依据
齿轮传动中轮齿受力的类型
☺工作力：法向力Fn ☺附加动载荷
☺外部动载荷：由原动机及工作机引起的 ☺内部动载荷：齿轮的制造、安装误差及工作变形
等
☺摩擦力：传动时产生的轮齿间的相对滑动引 起摩擦，一般较小且有润滑，一般可忽略不 计。
6.4齿轮传动的受力分析
受力分析的几点假设
☺齿轮传递的扭矩恒定，没有冲击和振动。 ☺全部载荷由一对轮齿承担，把沿齿宽方向的
分布载荷简化为齿宽中点上的集中应力。 ☺工作时，主动轮的齿根拨动从动轮齿顶开始，
到主动轮齿顶离开从动轮的齿根结束。
6.2.3设计准则
闭式传动：
☺按保证根弯曲疲劳强度和齿面接触 疲劳强度进行计算。
开式传动：
☺按保证齿根弯曲疲劳强度进行计算， 考虑磨损的影响适当增大模数。 （10～15%）
必要时进行：抗胶合能力计算
6.3齿轮的材料及其选择原则
基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。
☺1.功能要求：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；
*软齿面齿轮HBS1-HBS230～50
* 组合举例：表6－5P182
6.3齿轮的材料及其选择原则
常用齿轮材料 da≤400~500mm 的齿轮
钢 金属
锻钢
调质钢45 、 合金钢40Cr 渗碳钢20CrMnTi
铸钢 ZG310-570
☺按齿轮的润滑、密封形式 ☺齿轮的工作情况
主动按齿轮的润滑、密封形式
被动
6.3齿轮传动的失效形式和设计准则
6.3.2 轮齿的失效形式
主要是轮齿的失效，其它部分（轮毂、 轮辐）很少失效。
☺1、轮齿折断 ☺2、齿面点蚀 ☺3、齿面磨损 ☺4、齿面胶合 ☺5、齿面塑性变形 ☺小结
6.3.2 轮齿的失效形式
受力大小
Ft 2T1 / d1
F Ft / cos
Fr Ftgn Ft tgn / cos
b
F’
6.4.1直齿轮的受力分析
受力大小
力的方向
切向力Ft1
2T1 d1
Ft 2
径向力Fr1 Ft1 tg Fr2
法向力Fn1
Ft
cos
Fn2
其中：T1—小齿轮的扭矩，N•mm; d1—小齿轮的节圆直径，mm； —压力角，对标准齿轮， =20°。
Fn Fr
Ft C d1
Fr Ft
6.4.2斜齿圆柱齿轮受力分析
6.2齿轮传动的精度选择
齿轮的精度等级：0~12级，精度由高到 低 精度包括两项公差：
☺齿侧偏差 ☺径向综合偏差及径向跳动两项
常用精度7级
6.3齿轮传动的失效形式和设计准则
☺6.3.1 齿轮工作情况 ☺6.3.2 轮齿的失效形式 ☺6.3.3 设计准则
6.3齿轮传动的失效形式和设计准则
6.3.1 齿轮工作情况
6.1.2齿轮传动的分类： 按照润滑方式分：
☺开式传动：无防尘罩或机壳，齿轮完全暴露 在外，适用于低速传动
☺闭式传动：安装在箱体内，润滑条件好，适 用于重要的传动场合。
☺半开式：有简单的防护装置，有时大齿轮浸 油润滑
按照齿轮齿面硬度分：
☺软齿面：HBS≤350,调质或正火 ☺硬齿面： HBS＞350，淬火等
1.轮齿折断
折断发生在齿根处
原因
齿根弯曲应力大； 齿根应力集中
Fn
采取措施
材料及热处理
增大模数
增大齿根圆角半径
消除刀痕：喷丸、滚压处理；
增大轴及支承刚度。
.轮齿折断
6.3.2 轮齿的失效形式
2、齿面点蚀
形成原因 轮齿在节圆附近一对齿 受力，载荷大；滑动速 度低形成油膜条件差； 接触疲劳产生麻点 。 采取措施： 提高材料的硬度； 加强润滑，提高油的粘 度
6.3.2 轮齿的失效形式
3、齿面磨损
☺原因：相对滑动 ☺措施：加强润滑；开式改闭式传动
主动
被动
6.3.2 轮齿的失效形式
4.齿面胶合
☺原因： ☺高速重载；散热不良； ☺滑动速度大；齿面粘连后撕脱 ☺采取措施： ☺减小模数，降低齿高； ☺抗胶合能力强的润滑油； ☺材料的硬度及配对
6.3.2 轮齿的失效形式
5.齿面塑性变形 原因：重载，齿面软 措施：提高材料的硬度，减小接触应力，
改善润滑
主动
被动
相对滑动方向
塑性变形
6.3.2 轮齿的失效形式
齿面点蚀
6.3.2 轮齿的失效形式
齿面塑性变形
6.3.2 轮齿的失效形式
弯曲折断
点蚀
。。 。。。。 。
现象与原因？
改进措施？
磨损 主动
被动
胶合
塑性变形
主动
被动
第6章 齿轮传动
第6章齿轮传动
6.1齿轮传动的特点 6.2齿轮传动的精度选择 6.3齿轮传动的失效形式和设计准则 6.4齿轮材料 6.5圆柱齿轮的计算载荷 6.6齿轮轮齿受力 6.7齿轮的强度计算
☺ .0接触强度 ☺ .1直齿圆柱齿轮的强度计算 ☺ .2斜齿圆柱齿轮的强度计算 ☺ .3锥齿圆柱齿轮的计算