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机械设计
二,分类
第五章 齿轮传动
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1,按两轴线位置分
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第五章 齿轮传动
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2,按工作条件分(失效形式不同) 开式传动:低速传动,润滑条件差,易磨损; 半开式传动:装有简单的防护罩,但仍不能严密防止杂物侵入; 闭式传动:齿轮等全封闭于箱体内,润滑良好,使用广泛. 3,按齿面硬度分(失效形式不同) 软齿面:HB≤350; 硬齿面:HB>350. 三,基本要求 1,传动平稳(i=const).——运动要求 2,承载能力高. ——传递动力要求
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四,齿面磨粒磨损
第五章 齿轮传动
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常发生于开式齿轮传动. 现象:金属表面材料不断减小 原因:相对滑动+硬颗粒(灰尘,金属屑末等) 润滑不良+表面粗糙. 后果:正确齿形被破坏,传动不平稳, 齿厚减薄,抗弯能力↓→折断 改善措施: 闭式:1)↑HB,选用耐磨材料; 2)↓表面粗糙度; 3)↓滑动系数; 4)润滑油的清洁; 开式:5)加防尘罩.
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第五章 齿轮传动
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1)使大,小齿轮寿命接近; 2)减摩性,耐磨性好; 3)小齿轮可对大齿轮起冷作硬化作用. 3,有良好的加工工艺性,便于齿轮加工. 1)大直径d>400 用ZG 2)大直径齿轮:齿面硬度不宜太高,HB<200,以免中途换刀 4,材料易得,价格合理. 举例:起重机减速器:小齿轮45钢调质 HB230~260 大齿轮45钢正火 HB180~210 机床主轴箱:小齿轮40Cr或40MnB 表淬 HRC50~55 大齿轮40Cr或40MnB 表淬 HRC45~50 §5 几何计算 P212 表12.8
2,精度等级选择 GB规定:12个等级 1(高)——12(低) 每个等级分为三个组 查《公差》 Ⅰ组:运动准确性 Ⅱ组:传动的平稳性 Ⅲ组:载荷分布均匀性 一般机械常用:7,8级 不同等级——不同的最高圆周速度 §3 失效形式 典型机械零件设计思路: 分析失效现象 →失效机理(原因,后果,措施) →设计准则 →建立简化力学模型 →强度计算→主要参数尺寸 →结构设计. (表12.6)
齿根弯曲 应力最大 σF>[σF]
② 齿根应力集中(形状突变,刀痕等),加速裂纹扩展→折断
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直齿轮
第五章 齿轮传动
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
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斜齿轮:接触线倾斜 改善措施: 1)d一定时,z↓,m↑; 2)正变位;
齿根厚度↑ ↑抗弯强度
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第五章 齿轮传动
轮齿折断
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齿轮的失效发生在轮齿,其它部分很少失效. 齿面接触疲劳磨损(齿面点蚀) 齿面胶合 齿面磨粒磨损 齿面塑性流动 一,轮齿折断 常发生于闭式硬齿面或开式传动中. 现象:①局部折断 ②整体折断
失效形式 齿面损伤
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原因: 疲劳折断
第五章 齿轮传动
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位置:均始于齿根受拉应力一侧. ① 轮齿受多次重复弯曲应力作用,齿根受拉一侧产生疲劳裂纹. σ 1 σ t 齿双侧受载(1主动) 过载折断 受冲击载荷或短时过载作用,突然折断,尤其见于 脆性材料(淬火钢,铸钢)齿轮. 后果:传动失效 2 3 齿单侧受载 t
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; 6)↑轮齿精度; 7)↑支承刚度. 改善载荷分布
↓应力集中
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第五章 齿轮传动
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二,齿面接触疲劳磨损(齿面点蚀) 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; 2)节线处常为单齿啮合,接触应力大;
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第五章 齿轮传动
Ft
αt
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Fr
ω
从动
Fa2 Fr2 Ft2 Ft1 Fr1 Fa1
β Ft
Fa
主动
Fn
αn
F F F F 从动轮: t 2 = Ft 1, a 2 = Fa1,r 2 = Fr 1,n 2 = Fn1
Fa1:用左,右手定则:四指为ω1方向,拇指为Fa1方向. :左旋用左手,右旋用右手 Fa2:与Fa1反向,不能对从动轮运用左右手定则. 注意:各力画在作用点——齿宽中点
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1,主要参数
第五章 齿轮传动
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§2 齿轮传动的主要参数 1)基本齿廓,模数,中心距—查《机械原理》,表12.2 ~12.4 2)传动比i,齿数比u n d z (从动轮) i= 1 = 2 = 2 n 2 d 1 z(主动轮) 1 减速传动:i>1
u=
z 大齿轮 z 小齿轮
≥1
增速传动:i<1 减速传动:u=i
Ft1
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二,斜齿圆柱齿轮 主动轮:
第五章 齿轮传动
2T1 d1
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圆周力 Ft 1 =
法向力Fn1 径向力 Fr 1 = Ft 1 tan αt = Ft 1 tan α n cos β 轴向力 Fa1 = Ft 1 tan β
Fn 1 = Ft 1 cos α n cos β
方向:Ft,Fr:与直齿轮相同
3)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.
4)润滑油进入裂缝,形成封闭高压油腔,楔挤作用使裂纹扩展. (油粘度越小,裂纹扩展越快)
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第五章 齿轮传动
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点蚀机理
点蚀实例
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第五章 齿轮传动
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传动失效
后果:齿廓表面破坏,振动↑,噪音↑,传动不平稳 接触面↓,承载能力↓ 软齿面齿轮:收敛性点蚀,相当于跑合;
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一,直齿圆柱齿轮
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§6 圆柱齿轮传动的载荷计算
忽略Ff,法向力Fn作用于齿宽中点. 法向力Fn 圆周力Ft: t 1 = F
2T1 d1
Fn1 =
径向力Fr: r 1 = Ft 1 tan α F
α
Ft 1 cos α
Fn
Ft
d1
ω1
Fr C
α
Fn Ft
d1
Fr C
ω1
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1)软齿面齿轮 HB≤350 中碳钢:40,45,50,55等 中碳合金钢:40Cr,40MnB,20Cr 特点:齿面硬度不高,限制了承载能力,但易于制造 成本低,常用于对尺寸和重量无严格要求的场合. 加工工艺:锻坯——加工毛坯——热处理(正火,调质 HB160~300)——切齿 精度7,8,9级. 2)硬齿面:HB>350 低碳,中碳钢:20,45等 低碳,中碳合金钢:20Cr,20CrMnTi,20MnB等 特点:齿面硬度高,承载能力高,适用于对尺寸,重量有较高 要求的场合(如高速,重载及精密机械传动).
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Fa取决于
Байду номын сангаас
第五章 齿轮传动
改变任一项,Fa方向改变.
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β 方向:左,右旋 转动方向 右边高即为右旋.
旋向判定:沿轴线方向站立,可见侧轮齿左边高即为左旋,
举例: 旋向? 右旋 右旋 n1 一对斜齿轮: β 1=-β2 ∴旋向相反 Fa1⊙ Fr1 Ft1 Ft2 × ○F Fr2 a2 n2 Fr1 n1 F Fa2 t1⊙ F × ○Ft2 a1 Fr2 n2 左旋
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第五章 齿轮传动
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加工工艺:锻坯——加工毛坯——切齿——热处理(表面淬火, 渗碳,氮化,氰化)——磨齿(表面淬火,渗碳). 若氮化,氰化:变形小,不磨齿 . 专用磨床,成本高,精度可达4,5,6级. 2,铸钢 用于d>400~600mm的大尺寸齿轮;不重要的,批量生产的齿轮. 3,铸铁 4,非金属材料 三,材料的选择原则 1,按不同工况选材. 2,中低速,中低载齿轮传动:大,小齿轮齿面有一定硬度差, HB1=HB2+(20~50).
第五章 齿轮传动
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三,齿面胶合——严重的粘着磨损 现象:齿面沿滑动方向粘焊,撕脱,形成沟痕. 原因:高速重载——v↑,Δt ↑,油η↓,油膜破坏,表面金属直接接触, 融焊→相对运动→撕裂,沟痕. 低速重载——P↑,v ↓,不易形成油膜→冷胶合. 后果:引起强烈的磨损和发热,传动不平稳,导致齿轮报废. 改善措施: 1)采用抗胶合性能好的齿轮材料对. 2)采用极压润滑油. 3)↓表面粗糙度,↑HB. 4)材料相同时,使大,小齿轮保持一定硬度差. 5)↓m→↓齿面h→↓齿面vs(必须满足σF). 6)角度变位齿轮,↓啮合开始和终了时的vs. 7)修缘齿,修去一部分齿顶,使vs大的齿顶不起作用.
增速传动:u=1/i
3)变位系数 径向变位齿轮:加工时刀具从标准位置移动一径向距离xm. 齿 齿 刀具移远 刀具移近 根 根 正变位 负变位 变 变 薄 厚
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一对齿轮
第五章 齿轮传动
高度变位:x1+x2=0, x1= -x2≠0.啮合角=α d ′ = d ,ha,hf改变了.
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d 角度变位: x1+x2≠0,啮合角≠α, ′ ≠ d
齿 轮 传 动
§1 齿轮传动概述 §2 齿轮传动的基本参数 §3 齿轮传动的失效形式及设计准则 §4 齿轮的材料及其选择原则 §5 圆柱齿轮传动的受力分析 §6 齿轮传动的计算载荷 §7 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §8 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §9 直齿锥齿轮传动 §10齿轮传动的效率与润滑 §11齿轮的结构设计
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2,开式齿轮传动
第五章 齿轮传动
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主要失效为:轮齿折断,磨粒磨损 按σF设计,增大m考虑磨损 3,短期过载传动 过载折断 齿面塑变 一,材料要求 表面硬,芯部韧,较好的加工和热处理性能 二,常用材料 锻钢,铸钢,铸铁,非金属材料 1,锻钢 静强度计算