齿轮强度计算.ppt

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1、5-7轮齿的失效形式及计算准则一、失效形式1、轮齿折断2、齿面磨料磨损3、齿面疲劳点蚀4、齿面胶合二、计算准则机械设计基础——齿轮传动1轮齿折断产生原因:齿根弯曲应力大齿根应力集中折断类型:疲劳折断—反复应力疲劳裂纹轮齿疲劳折断突然折断—齿轮为脆性材料时，受到过载或冲击时产生变形折断—制造或安装不准确，以及轴的变形引起发生部位：轮齿根部(全齿折断)、缺角(斜齿轮局部折断)机械设计基础——齿轮传动采取措施:增大齿根过渡圆角、消除加工倒痕减小应力集中增大轴及支承的刚性受载均匀合适热处理齿芯具有足够韧性、表面强化Fn2、齿面疲劳点蚀产生原因:轮

2、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发生部位：偏向齿根的节线附近闭式齿轮传动的主要破坏形式开式传动中一般不会出现点蚀现象机械设计基础——齿轮传动采取措施:提高材料硬度增强抗点蚀能力合理选择润滑油防止裂纹扩展3、齿面磨料磨损发生机理：磨料(沙粒、铁屑等)进入啮合区齿面磨损齿形破坏齿根减薄（根部严重）断齿发生部位：齿面发生状况：开式齿轮传动的主要失效形式机械设计基础——齿轮传动采取措施:加强润滑开式改闭式传动4齿面胶合产生原因:高速重载；散热不良；滑动速度大；齿面粘连后撕脱发生部位：沿运动方向撕裂机械设计基

3、础——齿轮传动采取措施: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防齿面点蚀齿面接触疲劳强度计算求尺寸d或a限制接触应力防轮齿折断齿根弯曲疲劳强度计算求模数ｍ限制弯曲应力机械设计基础——齿轮传动闭式软齿面——以保证接触疲劳强度为主闭式硬齿面——以保证弯曲疲劳强度为主开式传动——以保证弯曲疲劳强度为准则二、计算准则5-8齿轮的材料轮齿材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧机械设计基础——齿轮传动锻钢---（中低碳钢、合金钢）齿表面硬度<=350HBS的齿轮热处理：调质或正火小齿轮硬度>大齿轮25-50HBS常用材料：45，35SiMn

4、,40Cr,35CrMn...铸钢热处理：正火，回火材料：ZG310-570,ZG340-640应用：大尺寸齿轮（400-600）齿表面硬度>350HBS的齿轮热处理：淬火,表面淬火---40-60HRC常用材料：45，35SiMn,40Cr,20CrMnTi…铸铁材料：HT200,HT300,QT500-7应用：开式、低速、无冲击场合非金属材料材料：布（木）质塑料、尼龙应用：高速、轻载、要求噪声低5-10直齿轮轮齿弯曲疲劳强度计算1、作用力的分析2、轮齿的弯曲疲劳强度计算机械设计基础——齿轮传动简化：计算轮齿的弯曲强度时，可将轮齿看作一个悬臂梁。

5、且认为只有一对轮齿传递全部载荷轮齿的疲劳折断与弯曲疲劳强度有关机械设计基础——齿轮传动法向力可以分解为两个分力：弯曲分力FH=Fncos压缩分力Fv=Fnsin一、作用力的分析FHFVFnFns1l危险剖面的弯曲应力为：机械设计基础——齿轮传动校核公式：设计公式：一、轮齿的弯曲疲劳强度计算注意：1齿宽系数、齿数z12许用弯曲应力[F]3[F]的取值:min([F]1/YF1,[F]2/YF2)YF为齿形系数，只与齿形有关，即与压力角、齿顶高系数、齿数有关，而与模数无关。假设：单对齿啮合，力作用在节点P，不计Ff轮齿间的总压力→法向力

6、Fn,沿啮合线指向齿面1、Fn的分解：圆周力Ft、径向力Fr圆周力Ft:沿节圆切线方向指向齿面径向力Fr:沿半径方向指向轮心机械设计基础——齿轮传动2、作用力的大小：Ft＝2T1/d1Fr＝Ft·tana二、受力分析FnFrFtaT1－小齿轮传递的转矩,Ｎ·mmd1－小齿轮节圆直径,mma－啮合角轮齿齿面的接触疲劳强度计算近似以节点为准有曲率的齿廓接触点→接触应力→赫兹公式校核公式：机械设计基础——齿轮传动设计公式：二、轮齿的接触疲劳强度计算由式可知，当齿轮的材料、传动比及齿宽系数一定时，由轮齿表面接触强度所决定的承载能力，仅与中心距有关，即中心距

7、越大，承载能力越强，相应实际应力越小齿宽系数越大，中心距越小两轮的接触应力相等[H]=min([H]1,[H]2)1压力角a的选择：一般齿轮α=20°；航空用齿轮α=25°2齿数z的选择d1一定，齿数z1↑→重合度↑平稳性好→m小→加工量↓，但齿轮弯曲强度差闭式软齿面：z1宜取多→提高平稳性，z1=20~40开式或闭式硬齿面：z1宜取少→保证轮齿弯曲强度,z1≥17机械设计基础——齿轮传动3齿宽系数的选择yd↑→b↑→承载能力↑(p196)但载荷分布不均匀↑→应取得适当计算(实用)齿宽：b=ydd1,B1=b+5~8,B2=b相关参数选择例题

8、1已知：如图求：齿轮2、3的圆周力的方向机械设计基础——齿轮传动正确习题A向Z1Z4Z2Z3ABCDFt2Ft1Ft3Ft