齿轮的强度计算讲课教案.ppt

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1、11章齿轮的强度计算1.对齿轮材料性能的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。11-2齿轮材料及热处理常用齿轮材料锻钢铸钢铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。非金属材料2.常用齿轮材料钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。含碳量为(0.15~0.6)%的碳素钢或合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。表11-1常用齿轮材料及其机械性能表11-1常用齿轮材料及其

2、机械性能材料牌号热处理方法强度极限屈服极限硬度(HBS)σB/MPaσS/Mpa齿芯部齿面HT250250170~241HT300300187~255HT350350197~269QT500-5500147~241QT600-2600229~302ZG310-570常化580320156~217ZG340-640650350169~22945580290162~21745217~25540~50HRC40Cr241~28648~55HRC调质后表面淬火调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：220~260HBS。因为硬

3、度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。3.调质4.正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达60~62HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.5.渗氮特点及应用：调质、正火处理后的硬度低，HBS≤350，属软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高:20~50HBS表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬

4、度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。§11-3齿轮传动的精度制造和安装齿轮时，会产生误差，如齿形误差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行等。误差对传动带来以下三个方面的影响：1.影响传动准确性，啮合齿轮在一转范围内，实际转角与理论转角不一致。2.影响传动的平稳性。瞬时传动比不能保持恒定，齿轮在一转范围内会出现多次重复的转速波动。3.齿向误差影响载荷分布均匀性。当传递较大转矩时，易引起早期损坏。国标GB10095--88对圆柱齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，其中1级最高，12级最低，常用的是6—9级精度。表11-2列出了齿轮传动精度等级

5、的选择及应用。T1圆周力：径向力：法向力：小齿轮上的转矩：P为传递的功率（KW）ω1----小齿轮上的角速度，n1----小齿轮上的转速d1----小齿轮上的分度圆直径，α----压力角各作用力的方向如图O2ω2（从动）O1N1N2ttω1（主动）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。§11-4标准直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算αO2O1ttω1（主动）N1N2cααd12Fn一、轮齿受力分析由于制造、安装误差及受载时的变形等影响，使载荷沿齿宽不是均匀分布，造成载荷

6、局部集中。轴和轴承的刚度越小、齿宽b越宽，载荷集中越严重。此外，由于各种原动机和工作机的特性不同等原因。二、计算载荷计算载荷=KFnK——载荷系数，其值由表11-3查取。法向力Fn为名义载荷齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进行计算。11-5直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算赫兹公式：“+”用于外啮合，“-”用于内啮合实验表明：齿根部分靠近节点处最容易发生点蚀，故取节点处的应力作为计算依据。节圆处齿廓曲率半

7、径：齿数比:u=z2/z1=d2/d1=ρ2/ρ1≥1O2ω2（从动）O1N1N2ttω1（主动）T1cααd12d22αCρ1ρ2引入齿宽系数：ψa=b/a钢制标准齿轮传动的齿面接触疲劳强度校核公式：得设计公式：模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。注意：因两个齿轮的σH1=σH2，故按此强度准则设计齿轮传动时，公式中应代入[σH]1和[σH]2中较小者。一对齿轮啮合，其接触应力σH反映了大小齿轮在节点处相互啮合引起的表面应力，σH完全由两轮的参数共同决定，σH1=σH2式（11-4）和（11-5）适用钢制齿轮，若为钢对铸铁或铸铁对铸铁，则应将公式中的系数3