工业设计机械基础

一、齿轮失效形式 2.齿面点蚀
原因：在疲劳载荷作用下， 齿面接触应力超过接触 疲劳极限。
疲劳点蚀首先出现在 齿根表面靠近节线处。 一般发生在软齿面（HBS≤350）的闭式齿轮传动中。
一、齿轮失效形式 3.齿面胶合
原因：高速重载或润滑不良，啮合区温度升高引起润滑失 效，金属粘连，较软齿面沿滑动方向被撕下形成沟槽。
1.蜗杆传动的主要参数
（1）模数m和压力角α 模数m和压力角α (中间平面) 中间平面) （2）传动比i和蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 传动比i和蜗杆头数z 和蜗轮齿数z i=n1/n2=z2/z1 • 其中： 其中： 头数） z1（头数）：1、2、4、6 z2 ： z2=z1*i 根切： 根切： 为了传递动力时保证平稳， 为了传递动力时保证平稳， 且避免 80≥ 80≥ z2≥26
四、圆柱齿轮精度
常用 • 齿轮传动精度等级及选择： • • 精度： 1 高 2 3 .6 .7 .8. 9… 11 12 低
不用
§4－9 直齿圆柱齿轮传动的强度计算
(了解过程，掌握结论) 一、轮齿上的作用力 若一队标准直齿圆柱齿轮按标准a安 装,名义载荷:
Ft=2T1/d1 Fr=Fttgα N牛顿 Fn=Ft/cosα
• •
主要原因： ①在同样的工作时间内，小齿轮的受力循环次数比 大齿轮多，容易先发生疲劳断裂、疲劳点蚀和过度 磨损；
•
②同模数的齿轮，齿数越少则轮齿的根部越薄，容 易折断；
•
③让互相啮合的轮齿表面有明显的硬度差，有利于 避免齿面胶合现象的发生。
三、齿轮传动润滑
• 润滑可减少齿轮传动中的磨损、发热，降低传动噪声， 延长齿轮使用寿命，有效改善齿轮传动的工作状况。
工业设计教研室 2011.8
第四章 机械传动 • 1.齿轮的失效形式 • 2.齿轮材料选择 • 3.齿轮传动强度计算
齿轮传动分为： 闭式传动：齿轮封闭在刚性箱体内。 开式传动：外露。 失效：由于某种原因不能正常工作。
§4－7 齿轮的失效形式与材料选择 一、齿轮失效形式 1.轮齿折断 过载、疲劳折断，一般发生在齿根部分。
当一对齿轮材料、传动比及齿宽系数一定时，由 轮齿弯曲强度所决定的承载能力仅与模数m有关。
结
论
1.软齿面闭式齿轮传动 失效型式——点蚀 通过齿面接触强度确定传动尺寸，验算齿面弯曲 强度。 2.硬齿面闭式齿轮传动 失效型式——轮齿弯曲疲劳折断。 按轮齿弯曲强度设计m，验算齿面接触强度。 3 .开式齿轮传动 失效型式——磨粒磨损 目前无成熟计算方法，一般按闭式计算。
二、传动类型
按形状分类：圆柱蜗杆、环面蜗杆
圆柱蜗杆
环面蜗杆
圆柱蜗杆按加工方法分为： 阿基米得蜗杆(ZA蜗杆)、渐开线蜗杆(ZI蜗杆)等。 蜗杆分为：左、右旋
本章重点讨论轴交角∑＝90°阿基米得蜗杆。
三、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
中间平面：过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。 在中间平面内，蜗杆齿廓与齿条相同，蜗轮齿廓是渐开线。
钢对铸铁：285 铸铁对铸铁：250
注意：从上式可知，当一对齿轮材料、传动比及齿宽系 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或齿轮分度圆有关。
四、轮齿弯曲强度计算
齿根所受弯曲力矩最大。 计算时将轮齿看作悬臂粱。 其危险截面可用30度切线法确定。
30度切线法：
作与轮齿对称中心成30度夹角并 与齿根圆角相切的斜线，而认 为两切点连线是危险截面。 ≤[sF]
蜗杆圆周力Ft：Ft1= Fa2=2T1/d1 蜗杆径向力Fr：Fr1= Fr2=Ft2tgα 蜗杆轴向力Fa：Fa1 = Ft2 =2T2/d2
、
η=T2n2/T1n1
T2=T1.i.η
蜗杆传动η
闭式： 闭式： Z1=1 Z1=2 Z1=4 开式： 开式： Z1=1 、2 η=0.6∼ η=0.6∼0.7 η=0.7 ∼ 0.75 η=0.75 ∼ 0.82 η=0.87 ∼ 0.92
（4）蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q 直径系数q：q=d1/m 蜗杆传动设计中：tanγ =z1*m/d1=z1/q
要求传动效率高时， d 选小值； 1 要求刚度、强度时， d1选大值。
（5）中心距a
a=m(q+z2)/2
2.蜗杆传动的几何计算
四、阿基米得蜗杆传动的正确啮合条件
在中间平面分度圆柱上 1） ma1=mt2=m 2）αa1=αt2=20° 3）β＝λ 旋向相同
一、齿轮失效形式 4. 齿面磨损 磨粒磨损+跑合
原因：灰尘、金属屑等 杂物进入齿面
一、齿轮失效形式 5.齿面塑性变形
原因：发生于重载情况下，较软齿面可能产生局部塑 性变形。
• 提高齿轮承载能力，防止轮齿失效的方法措施： • 1.增加齿轮尺寸，即选择大模数齿轮； • 2.合理选择优质材料
二、齿轮材料及热处理
七、圆柱蜗秆传动的强度计算(了解)
1.蜗杆传动主要失效形式： 胶合、点蚀、磨损
七、圆柱蜗秆传动的强度计算
上式适于钢制蜗杆对青铜（或铸铁）蜗轮 设计式： 由于齿廓间有较大的相对滑动，闭式蜗杆传动必须进 行热平衡计算。
总
结
闭式蜗杆传动：蜗轮齿面胶合。按齿面接触强度 设计，进行弯曲强度效核和热平衡验算。 开式蜗杆传动：蜗轮齿面磨损。按齿根弯曲疲劳 强传动，m=4mm，头数z1=2，分度圆直径 d1=40mm，蜗轮齿数z2=39。试计算： (1)蜗杆 直径系数q,（2）导程角γ，(3)中心距a，（4） 蜗杆和蜗轮齿顶圆和齿根圆直径。 • 提示：ha=m，hf=1.2m
作
业
• 2、蜗杆主动，T1=20N·m，m=4mm，z1=2， d1=40mm，蜗轮z2=50，传动啮合效率η=0.75。 试确定：(1)蜗轮转向；（2）蜗杆与蜗轮上 作用力大小和方向。
§4－8 蜗杆传动
一、蜗杆传动特点 1.结构特点：
圆柱蜗杆可以认为是一个齿数少、 直径小于配对蜗轮的宽斜齿轮。
2.工作特点
分为左、右旋之分。 蜗轮是一个齿数较多、齿体曲面呈 环面斜齿轮。
一、蜗杆传动特点
2. 工作特点
1）结构紧凑、i大； 结构紧凑、 2）传动平稳，噪声低； 传动平稳，噪声低； 蜗杆导程角γ 齿间当量摩擦角ρˊ, 3）蜗杆导程角γ <齿间当量摩擦角ρˊ, 可实现反行程自锁； 可实现反行程自锁； 自锁 4）连续工作需要良好的润滑和散热； 连续工作需要良好的润滑和散热； 润滑和散热 5）效率低，成本高。 效率低，成本高。
其中： β-蜗轮螺旋角 λ-蜗杆导程角
五、蜗杆传动常用材料和结构 1. 蜗杆、蜗轮常用材料
蜗杆材料：碳钢和合金钢，40、 45，要求齿面硬度较高、较小 粗糙度值。 蜗轮材料：青铜、铸铁。要求耐 磨、抗胶合性好。
2.蜗杆、蜗轮结构
蜗杆通常做成蜗杆轴， 蜗轮结构：整体式＋组合式
六、圆柱蜗杆传动的受力分析(了解过程，掌握结论)
三、齿轮传动润滑
• 开式、半开式齿轮传动多为低速、低精度的传动，可采 用定期由人工加注润滑油或润滑脂的方式进行润滑。低 速、轻载的闭式传动也有采用这种润滑方式的。 •
三、齿轮传动润滑
• 对于转速较高、载荷较高的闭式齿轮传动，可采用浸油 润滑与喷油润滑两种润滑形式。
四、圆柱齿轮精度
• 影响齿轮传动精度因素（公差约束）： • 1)第1公差组为传动准确性精度，规定齿轮在转动一周内的最 大转角误差。 • 2)第Ⅱ公差组为传动平稳性精度，规定齿轮传动中冲击、振 动、噪声等量化指标。 • 3)第Ⅲ公差组为载荷分布均匀性精度，规定啮合中齿面接触 状况的量化指标，以控制齿面局部磨损、齿面胶合的进程。
式中：小齿轮上转矩 T1=9.55X106P/n1 N.mm d1-小齿轮分度圆直径 (主动轮)
二、计算载荷 计算载荷 K·F
其中：K－载荷系数
三、齿面接触强度计算
在一般闭式齿轮传动中，轮齿的主要失效形式： 齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。 防止点蚀强度条件：（一对钢制标准齿轮传动）
设计式： 设计式：
（3）蜗杆导程角γ 蜗杆分度圆圆柱d1、蜗轮分度圆直径d2 • tanγ =z1PX/πd1 =z1*m/d1
（4）蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q
tanγ =z1PX/πd1 =z1*m/d1
（4）蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q
切制蜗轮的滚刀（ m、Z1、γ ）必须与相应的蜗杆相同。 为了减少刀具数量并便于标准化，规定蜗杆分度圆直径 d1的标准系列。 一个模数只与一个或几个d1对应。 q=d1/m
低速、轻载、无冲击条件下，可选择价格低廉、易铸造成型、 易切齿的铸铁材料； 载荷较大、尺寸较大、形状复杂的齿轮采用铸钢材料； 高、中、低速并中载采用碳钢45# 高、中速并重载采用合金钢 高速轻载、要求低噪音的齿轮可采用工程塑料、尼龙等材料；
•
相啮合的一对齿轮中，应该让小齿轮材料的强度、 齿廓表面的硬度和耐磨性都比大齿轮高一些。