机械设计齿轮设计.ppt

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1、齿轮传动设计1轮齿的失效形式2齿轮材料及热处理3齿轮传动的精度4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算6直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算7斜齿圆柱齿轮传动8直齿圆锥齿轮传动9齿轮的构造10齿轮传动的润滑和效率设计：潘存云一.轮齿的失效形式轮齿折断失效形式设计：潘存云一般发生在齿根处，疲劳折断、突然过载突然断裂、。潘存云教授研制轮齿的失效形式轮齿折断失效形式齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处，齿面越硬，抗点蚀能

2、力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面点蚀轮齿的失效形式轮齿折断失效形式齿面点蚀齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。措施：1.提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂高速设计：潘存云轮齿的失效形式轮齿折断失效形式齿面点蚀齿面胶合齿面磨损措施：1.减小齿面粗糙度2.改善润滑条件磨粒磨损跑合磨损跑合磨损、磨粒磨损。设计：潘存云轮齿的失效形式轮齿折断失效形式齿面点蚀齿面胶合齿

3、面磨损从动齿主动齿齿面塑性变形从动齿主动齿从动齿主动齿从动齿主动齿二、设计准则闭式齿轮传动：1）软齿面（≤350HBS）齿轮主要失效形式是齿面点蚀，故可按齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核。2）硬齿面（>350HBS）或铸铁齿轮，由于抗点蚀能力较高，轮齿折断的可能性较大，故可按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，按齿面接触疲劳强度校核。开式齿轮传动：齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10%——20%，而无需校核接触强度。一、齿轮材

4、料的基本要求齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧、加工工艺性能及热处理性能良好。钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；7.8齿轮的常用材料及许用应力二、齿轮常用材料及其热处理45：调质或正火，软齿面齿轮调质+表面淬火，硬齿面齿轮40cr：调质或表面淬火20cr：渗碳淬火，里软外硬,承受冲击、振动；铸钢：用于较大齿轮或结构复杂不易锻造的齿轮毛坯；铸铁：灰铸铁常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；球磨铸铁用于大齿轮非金属材料：

5、适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。7.8齿轮的常用材料及许用应力齿轮材料选用的基本原则齿轮材料必须满足工作条件的要求飞行器：质量小、传递功率大可靠性高，选则合金钢如20Gr矿山机械：功率大，速度较低，粉尘含量高，用铸钢或铸铁家用及办公：工程塑料考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺大尺寸齿轮用铸造毛坯，铸钢或铸铁中等级及小尺寸齿轮用锻造毛坯，齿轮用锻钢钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多。7.8齿轮的常用材料及许用应力7.8齿轮的常用材料及许用应力三、许用应力7.8齿

6、轮的常用材料及许用应力试验齿轮的接触疲劳极限sHlim查表试验齿轮的弯曲疲劳极限sFlim查表铸铁正火结构钢和铸钢调质钢和铸钢渗碳淬火及表面淬火钢铸铁正火结构钢和铸钢调质钢和铸钢渗碳淬火及表面淬火钢弯曲疲劳寿命系数YN接触疲劳寿命系数ZN设计：潘存云设计：潘存云O2O1ttω1（主动）N1N2cααd12αFnT1§7-9直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿上的作用力圆周力：径向力：法向力：小齿轮上的转矩：P--为传递的功率（KW）n1----小齿轮上的转速各作用力的方向如图O2ω2（从动）O1N1N2ttω1（主动

7、）T1cααd12d22αFtFrFnFn为了计算轮齿强度，设计轴和轴承，有必要分析轮齿上的作用力。力的方向设计：潘存云二、计算载荷上述法向力为名义载荷，理论上沿齿宽均匀分布，但由于轴和轴承的变形，传动装置制造和安装误差等原因载荷并不是均匀分布，出现载荷集中的现象。图示轴和轴承的刚度越小，齿宽b越宽，载荷集中越严重。Fn---名义载荷受力变形制造误差安装误差附加动载荷此外轮齿变形和误差还会引起附加动载荷，且精度越低，圆周速度越高，动载荷越大。载荷集中计算齿轮强度时，采用用计算载荷FC=KFn代替名义载荷Fn以考虑载

8、荷集中和附加动载荷的影响，K----载荷系数表7-6载荷系数K原动机电动机多缸内燃机单缸内燃机均匀中等冲击大的冲击工作机械的载荷特性1.1~1.21.2~1.61.6~1.81.8~2.01.1~1.21.6~1.81.6~1.81.9~2.12.2~2.41.齿面接触疲劳强度计算直齿圆柱齿轮强度计算3齿面接触疲劳强度的校核式：齿面接触疲劳强度的设计式：7.