机械设计基础齿轮传动.ppt

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1、1/50,齿轮传动,齿轮传动特点、类型和应用渐开线齿轮标准渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动,齿轮加工齿轮轮齿的失效齿轮强度计算齿轮结构,2/50,1.齿轮传动的特点,一、齿轮传动特点、类型和应用,缺点：,制造和安装精度要求较高；,不适宜用于两轴间 距离较大的传动。,2.齿轮传动的类型,优点：,传动比稳定,传动效率高；,结构紧凑；,应用范围广,工作可靠性高；,使用寿命长。,3/50,齿轮传动,平行轴,相交轴,交错轴,斜齿圆柱齿轮传动,直齿圆柱齿轮传动,人字齿圆柱齿轮传动,外啮合,内啮合,齿轮齿条啮合,直齿圆锥齿轮传动,斜齿圆锥齿轮传动,交错轴斜齿轮传动,蜗轮蜗杆传动,4/50,3.齿轮机构的应用,广泛

2、应用于各种机械、仪表、车辆、自动化生产线。,二.渐开线齿轮,1.渐开线的形成,条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹.,5/50,(2)渐开线上任意一点的法线必 切于基圆。,渐开线上点的压力角,2、渐开线的特性,6/50,(4)渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆越大，渐开线越平直，当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成为斜直线。,(5)基圆内无渐开线。,7/50,齿顶圆：da,齿根圆：df,齿 厚：sk,齿槽宽：ek,齿距(周节)：pk,分度圆：d,（规定标准齿轮分度圆上的 齿厚s 与齿槽宽e 相等）,齿顶高：ha,齿根高：hf,全齿高：h,h=ha+hf,齿 宽：b,设计、制造、检验的基准,1

3、、齿轮的各部分名称,三.渐开线标准直齿圆柱齿轮,p=s+e,2.渐开线标准直齿圆柱齿轮主要参数 齿数 Z 模数 m 由 d=p Z 即d=p/Z 规定m的标准系列 压力角 分度圆上标准值=200 齿顶高系数 ha*标准值ha*=1 顶隙系数 c*标准值c*=0.25,0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75(3.25)3.5(3.75)第二系列 4.5 5.5(6.5)7 9(11)14 18 22 28(30)36 45,9/50,m=4 z=16,m=2 z=16,m=1 z=16,10/50,分度圆直径：d=mz,齿顶高：ha=ha*m,齿根高：hf=(ha*+c*)m,全

4、齿高：h=ha+hf,=(2ha*+c*)m,齿顶圆直径：da=d+2ha,=(z+2ha*)m,齿根圆直径：df=d-2hf,=(z-2ha*-2c*)m,=mzcos,基圆直径：db=dcos,齿厚=齿槽宽=齿距/2 即,s=e=p/2=m/2,3.标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算,11/50,四.标准渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动,1.一对渐开线齿轮的正确啮合条件,m1=m2=m 1=2=,2.一对渐开线齿轮的正确安装条件,3.一对渐开线齿轮的连续传动条件,标准中心距：一对标准齿轮分度圆相切时的中心距。标 准 安 装：当实际安装中心距等于标准安装中心距。,重合度大于等于，同时处于啮合状态的轮齿对

5、数大于等于1,1,12/50,五.标准渐开线直齿圆柱齿轮加工简介,1.仿形法盘铣刀加工、指状铣刀加工2.范成法滚齿、插齿,六.齿轮常用材料,3.根切现象与最少齿数 当用范成法加工齿轮时，如果齿轮的齿数太少，则齿轮坯的齿廓根部会被刀具过多地切削掉，这种现象称为根切现象。标准齿轮不产生根切的齿数应满足的条件是最少齿数为 zmin=17,13/50,14/50,七、齿轮轮齿的失效,失效：齿轮的失效包括完全丧失工作能力（不能工作）和 使齿轮丧失了原设计的工作能力（不能按原设计的 状态工作、继续工作会增加危险性）,、轮齿折断,常发生在轮齿的根部，在开式齿轮和闭式齿轮中都有发生 疲劳折断 过载折断防止措施

6、：适当增大齿根部分过渡圆角；喷丸、辗压工艺强化齿根；提高齿面加工精度、提高齿面硬度。,15/50,2齿面点蚀,主要发生在润滑良好的闭式齿轮传动中。开式齿轮传动一般不会发生点蚀。,形成：接触应力导致了疲劳裂纹，润滑油挤入加剧了裂纹扩展，使金属微粒剥落。,防止措施：提高齿面硬度，降低表面粗糙度值；增大润滑油粘度。,齿面磨损,主要发生在开式齿轮上。,形成：灰尘、铁削等硬颗粒在两齿面滑动时起了磨料作用。,16/50,防止措施：降低轮齿表面粗糙度值；保持良好的润滑；采用闭式传动或加防护罩。,4.齿面胶合,一般发生在闭式重载齿轮上,低速重载导致冷胶合，高速重载导致热胶合。,防止措施：提高齿面硬度；降低齿面

7、粗糙度值；选用抗胶合性能好的齿轮副材料；采用抗胶合能力强的润滑油；用极压添加剂,油膜破损是胶合的根源。,17/50,5.塑性变形,形成：重载使软齿面局部发生塑性变形。,主要发生在重载、低速、频繁启动的开式或闭式软齿面 齿轮上。,防止措施：提高齿面硬度;改善润滑条件；避免频繁启动。,八.齿轮强度计算,1.轮齿的受力分析与计算载荷,18/50,切向力：,径向力：,法向力：,为小轮的名义转矩（Nmm）。,式中：为小轮的分度圆直径（mm）。,径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。,用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力 Fn 代替轮齿所受的分布力F将Fn 分解，得：,19/50,K 为载荷系数

8、,力Fn 为轮齿所受的名义载荷。实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大。,计算载荷为：,20/50,2.齿面接触疲劳强度计算,接触应力应该小于齿轮材料的许用接触应力，即 HH,设计公式为：,校核公式为：,钢对钢：670钢对铸铁：572铸铁对铸铁：508,21/50,式中：,H：齿面接触应力K：载荷系数 表4-5T1：小齿轮传递的转矩 T1=9.55*106 P/n1u：齿数比 u=Z2/Z1d：齿宽系数 表4-7d1:小齿轮分度圆直径H:齿面许用应力,H=Hlim/sH,22/50,23/50,24/50,3.齿根弯曲疲劳强度计算,弯曲应力应该小于齿轮材料的许

9、用弯曲应力，即 FF,校核公式为：,设计公式为：,25/50,式中：,F：弯曲应力m：齿轮模数YF:齿形系数 表4-8YS:应力修正系数 表4-8Z1：小齿轮齿数F：许用弯曲应力,F=Flim/sF,26/50,4.关于强度计算公式,1)H H1与 H2 用较小值2)弯曲疲劳强度:F1/YF1 YS1 与F2/YF2 YS2用较小值,3)齿轮设计准则,为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度。,为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。,对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为：,27/50,设计准则,硬齿面:,按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算,然后校核齿面接触疲劳强度,软齿面:,按齿面接触疲

10、劳强度进行设计计算,然后校核齿根弯曲疲劳强度。,开式传动：只计算齿根弯曲疲劳强度，将计算结果适当加大。模数放大(10%-15%)。,闭式传动:,3)齿轮设计准则,28/50,5.参数的选择,1)齿数Z和模数m,按接触疲劳强度设计时 d1=m Z,z1,m,重合度e,传动平稳,抗弯曲疲劳强度降低,齿高 h,减小切削量 省工 省料,因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数多一些好！,闭式软齿面:z1=20 40 闭式硬齿面和开式传动:z1=17 20,29/50,b2=bb1=b+(5-10)mm,2)齿宽系数 d,d 齿宽 b 有利于提高强度；齿宽过大，导 致载荷沿齿宽分布不均。,d=b/d1,3

11、）齿数比 u=Z2/Z1 通常闭式传动取u取3-5 开式传动u取46 当u7时，可采用多级传动。,30/50,九.齿轮结构设计,齿轮的结构设计:根据齿轮直径的大小，选择合理的结构型式，然后再由经验公式确定有关尺寸，绘制零件工作图。齿轮常用的结构型式有以下几种：（）、齿轮轴e2m（）、实体式齿轮 d160（）、腹板式齿轮 d500（）、轮辐式齿轮 400-d-1000,31/50,设计一对单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动，已知传递功率P=KW，输入轴转速n1=r/min,传动比i=单向运转，载荷平稳。一、P=9.6 KW n1=750 r/min,i=3.8二、P=10 KW n1=750 r

12、/min,i=3.2三、P=8.6 KW n1=750 r/min,i=3.6四、P=10 KW n1=960 r/min,i=3.8五、P=11 KW n1=960 r/min,i=3.2六、P=9 KW n1=960 r/min,i=3.4七、P=11.5 KW n1=750 r/min,i=4八、P=10.5 KW n1=960 r/min,i=3.5九、P=9.2 KW n1=750 r/min,i=3.8十、P=9.5 KW n1=960 r/min,i=4.2,32/50,二、一对正确安装的外啮合标准直齿圆柱齿轮，已知 m=5 a=200 i=3 求这对齿轮的齿数 Z=d=da=d

13、f=ha=hf=h=三、某工厂需修配一对标准直齿圆柱齿轮，现已得到小 齿轮，已知 Z1=38 齿顶圆直径da=100mm 这对齿 轮的安装中心距 a=125mm 求：其中的大齿轮 Z2=m=d2=da2=df2=,0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75(3.25)3.5(3.75)第二系列 4.5 5.5(6.5)7 9(11)14 18 22 28(30)36 45,需要重新切制一个破损小半的渐开线标准直齿圆柱齿轮，测得它的全齿高h8.96mm，齿顶圆直径da211.7mm求该齿轮的模数和齿数。并计算其基圆半径,da=mz+2ha*m=211.7 h=ha*m+(ha*+c*)m=8.96 m=3.98(取4)z=51.19（取51）db=dcosa=191.7,34/50,35/50,作业,齿轮传动的特点按齿面硬度可分为哪二类？齿轮各部分名称齿轮的主要参数几何尺寸计算正确啮合条件、连续传动条件不根切的最少齿数齿轮加工方法齿轮设计准则轮齿失效参数选择,