工业设计机械基础.ppt

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1、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。,47 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。,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（HBS350）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。,一、齿轮失效形式

2、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,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。主要

3、原因：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；同模数的齿轮，齿数越少则轮齿的根部越薄，容易折断；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。,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

4、,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。,四、圆柱齿轮精度,齿轮传动精度等级及选择：1 2 3.6.7.8.9 11 12 精度：高 低,不用,常用,49 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=Fttg N牛顿 Fn=Ft/cos式中：小齿轮上转矩 T1=9

5、.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 KF 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：,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

6、切点连线是危险截面。,sF,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。,48 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。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。,2.工作特点,一、蜗杆传动特点,2.工作特点1）结构紧凑、i

7、大；2）传动平稳，噪声低；3）蜗杆导程角 齿间当量摩擦角,可实现反行程自锁；4）连续工作需要良好的润滑和散热；5）效率低，成本高。,二、传动类型,按形状分类：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,圆柱蜗杆,环面蜗杆,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。,1.蜗杆传动的主要参数,（1）模数m和压力角(中间平面)（2）传动比i和蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 i=n1/n2=z2/z1其中：z1（

8、头数）：1、2、4、6 z2：z2=z1*i 为了传递动力时保证平稳，且避免根切：80 z226,（3）蜗杆导程角 蜗杆分度圆圆柱d1、蜗轮分度圆直径d2 tan=z1PX/d1=z1*m/d1,（4）蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q tan=z1PX/d1=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、）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,（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：tan=z1*m/d1=z1/q 要求

9、传动效率高时，要求刚度、强度时，,d1选小值；,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）a1=t2=20 3）旋向相同其中：-蜗轮螺旋角-蜗杆导程角,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。,五、蜗杆传动常用材料和结构,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),蜗杆圆周力Ft：Ft1=Fa2=2T1/d1蜗

10、杆径向力Fr：Fr1=Fr2=Ft2tg蜗杆轴向力Fa：Fa1=Ft2=2T2/d2、T2=T1.i.,=T2n2/T1n1,蜗杆传动,闭式：Z1=1=0.7 0.75 Z1=2=0.75 0.82 Z1=4=0.87 0.92开式：Z1=1、2=0.60.7,七、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。按齿根弯曲疲劳强度设计。,作 业,1、蜗杆传动，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，(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=20Nm，m=4mm，z1=2，d1=40mm，蜗轮z2=50，传动啮合效率=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。,