模塊7齒輪傳動(dòng)

1、模塊模塊7 7 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng) v學(xué)習(xí)情境1 齒輪傳動(dòng)的失效形式與齒輪的材料 v學(xué)習(xí)情境2 齒輪傳動(dòng)的精度v學(xué)習(xí)情境3 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)v學(xué)習(xí)情境4 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) v學(xué)習(xí)情境5 直齒圓錐齒輪傳動(dòng) v學(xué)習(xí)情境6 齒輪的結(jié)構(gòu)與齒輪傳動(dòng)的潤滑 v【知識(shí)目標(biāo)】【知識(shí)目標(biāo)】v理解齒輪傳動(dòng)失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；理解齒輪傳動(dòng)失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；v了解誤差對傳動(dòng)的影響和齒輪精度的選擇；了解誤差對傳動(dòng)的影響和齒輪精度的選擇；v掌握直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算和設(shè)計(jì)步掌握直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算和設(shè)計(jì)步驟；驟；v了解圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)；了解圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)；v認(rèn)識(shí)齒輪的結(jié)構(gòu)與齒輪傳動(dòng)的潤滑。認(rèn)識(shí)齒輪的結(jié)構(gòu)與

2、齒輪傳動(dòng)的潤滑。模塊模塊7 7 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng) v【技能目標(biāo)】【技能目標(biāo)】v根據(jù)齒輪傳動(dòng)應(yīng)用的場合，選擇齒輪的材料和齒輪精度；v能夠設(shè)計(jì)簡單的齒輪傳動(dòng)，并采取措施避免齒輪傳動(dòng)的失效；v根據(jù)需要，選擇適當(dāng)?shù)凝X輪結(jié)構(gòu)與潤滑形式。模塊模塊7 7 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng) v齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)形式， 它主要用來傳遞任意兩根軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 一般利用一對齒輪將一根軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給另一根軸， 并可改變轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，如圖7-1所示。 模塊模塊7 7 齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng) 學(xué)習(xí)情境1 齒輪傳動(dòng)的失效形式與齒輪的材料7.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式v齒輪由于某種原因不能正常工作的現(xiàn)象稱為失效。

3、失效和破環(huán)是兩個(gè)完全不同的概念，失效并不意味著破環(huán)。v1. 輪齒折斷輪齒折斷 7.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式v2齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕7.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式v3. 齒面磨損齒面磨損 7.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式v4齒面膠合齒面膠合 7.1.1齒輪傳動(dòng)的失效形式v5. 塑性變形塑性變形7.1.2 齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則v針對上述各種不同的失效形式，各有相應(yīng)的工作能力判定條件。 這種為了防止失效以滿足齒輪的工作要求而制定相應(yīng)的判定條件，通常稱為齒輪工作能力的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。主要有強(qiáng)度、 剛度、耐磨性和穩(wěn)定性準(zhǔn)則等。 v齒輪的工作條件分為閉式齒輪傳動(dòng)和開式齒輪傳動(dòng)。 7.1.2 齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則v 1. 閉式傳動(dòng)閉式

4、傳動(dòng)v 在閉式傳動(dòng)中，設(shè)計(jì)時(shí)首先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并確定齒輪的主要參數(shù)和尺寸，然后再按輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。當(dāng)采用硬齒面(硬度350 HBS)時(shí)，一般首先按輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定齒輪的模數(shù)及其主要幾何尺寸，然后再校核其齒面接觸疲勞強(qiáng)度。 7.1.2 齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則v2. 開式傳動(dòng)開式傳動(dòng)v 在開式傳動(dòng)中齒輪暴露在外界， 雜物容易侵入齒輪嚙合區(qū)域，不能保證良好的潤滑，且傳動(dòng)系統(tǒng)精度和剛度都較低，只適用于低速傳動(dòng)。開式傳動(dòng)的主要失效形式為磨粒磨損。 通常按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算, 確定齒輪的模數(shù)及其他參數(shù), 但考慮磨粒磨損的影響再將模數(shù)增大10%2

5、0%, 無須校核接觸強(qiáng)度。 7.1.3齒輪的材料與熱處理v 為了使齒輪能正常工作，齒輪材料應(yīng)保證輪齒表面有足夠的硬度，以增強(qiáng)它的抗點(diǎn)蝕、 抗磨損、抗膠合和抗塑性變形的能力；輪芯部應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷；同時(shí)材料應(yīng)具有良好的加工性和熱處理性能，使之便于加工，利于提高其力學(xué)性能。 v常用齒輪材料及其力學(xué)性能見表7-1。 7.1.3齒輪的材料與熱處理v1. 軟齒面齒輪軟齒面齒輪v 對于軟齒面齒輪，常用的齒輪材料有35、 45、 35SiMn、 40Cr等，其熱處理方法為調(diào)質(zhì)或正火處理。 調(diào)質(zhì)后材料的綜合性能良好，硬度一般為280300 HBS，切齒后的精度一般可達(dá)8級(jí)，精切可

6、達(dá)7級(jí)。正火處理可以改善材料的力學(xué)性能和切削性能，齒面硬度一般為150200 HBS。v 軟齒面齒輪容易加工制造，成本較低，常用于一般用途的中、小功率的齒輪傳動(dòng)。 7.1.3齒輪的材料與熱處理v2. 硬齒面齒輪硬齒面齒輪v對于硬齒面齒輪，通常是在調(diào)質(zhì)后切齒，然后進(jìn)行表面硬化處理。有的齒輪在硬化處理后還要進(jìn)行精加工(如磨齒、 剃齒等)，故調(diào)質(zhì)后的切齒應(yīng)留有適當(dāng)?shù)募庸び嗔?。硬齒面主要用于高速、重載或要求尺寸緊湊的重要傳動(dòng)中。v齒輪齒面硬度配對見表7-2。 學(xué)習(xí)情境2 齒輪傳動(dòng)的精度v7.2.1誤差對傳動(dòng)的影響v誤差對傳動(dòng)帶來以下三方面的影響：v 1)相嚙合齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角不一致，

7、即影響傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。v 2)瞬時(shí)傳動(dòng)比不能保持恒定不變，齒輪在一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)多次重復(fù)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，特別在高速傳動(dòng)中將引起振動(dòng)、沖擊和噪聲，即影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性。v 3)齒向誤差能使齒輪上的載荷分布不均勻，當(dāng)傳遞較大轉(zhuǎn)矩時(shí)，易引起早期損壞，即影響載荷分布的均勻性。7.2.2 齒輪精度等級(jí)的選擇v按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，齒輪和齒輪副分為12個(gè)精度等級(jí)，從112級(jí)精度依次降低。 其中1、 2級(jí)是為發(fā)展前景而規(guī)定的，目前加工工藝水平還難以達(dá)到；35級(jí)屬于高精度，68級(jí)屬于中精度，912級(jí)屬于低精度。兩個(gè)齒輪的精度等級(jí)一般是相同的，也允許采用不同等級(jí)。 7.2.2 齒輪精度等級(jí)的選擇v表7-3列出了各種機(jī)械所

8、采用的齒輪精度等級(jí)，表7-4列出了部分齒輪精度等級(jí)的適用范圍，供選用時(shí)參考。 學(xué)習(xí)情境3 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)7.3.1直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析v對輪齒上的作用力進(jìn)行分析是進(jìn)行齒輪承載能力的計(jì)算、 設(shè)計(jì)支承齒輪的軸以及選用軸承的基礎(chǔ)。 如圖7-7所示，各力的大小計(jì)算公式為 7.3.1直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析v如圖7-8所示，兩輪的徑向力 Fr1和Fr2分別指向各自的輪心。 7.3.2 輪齒的計(jì)算載荷v齒輪所受的法向力計(jì)算公式為v Fc=KFn v式中：Fc為計(jì)算載荷，單位為N；K為載荷系數(shù)，由表7-5查取。7.3.3 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算v1. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度v防止齒面

9、點(diǎn)蝕的強(qiáng)度條件為: 節(jié)點(diǎn)處的計(jì)算接觸應(yīng)力應(yīng)小于或等于齒輪材料的許用接觸應(yīng)力，即HH。 v為計(jì)算方便, 用轉(zhuǎn)矩T1表示載荷, 并考慮各種影響引入載荷系數(shù)K, 經(jīng)等量變換、 整理后, 可得齒面接觸強(qiáng)度的校核計(jì)算公式為 HEHubduKTZ211) 1(52. 37.3.3 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算v2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 v危險(xiǎn)截面可用30切線法來確定，即作與輪齒對稱中心線成30角并與齒根過渡曲線相切的兩條直線， 連接兩個(gè)切點(diǎn)的截面即為齒根的危險(xiǎn)截面， 如圖7-11所示。 7.3.3 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算v2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 v由于彎曲應(yīng)力起主要作用, 因此

10、防止齒根疲勞折斷的強(qiáng)度條件為：齒根危險(xiǎn)截面的最大彎曲應(yīng)力應(yīng)小于或等于輪齒材料的許用彎曲應(yīng)力, 即FF。v考慮齒根應(yīng)力集中和危險(xiǎn)截面上壓應(yīng)力與切應(yīng)力的影響, 引入應(yīng)力修正系數(shù)YS, 計(jì)入載荷系數(shù)K(見表7-5), 即可得輪齒齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算公式為 FSFFYYzbmT121K27.3.3 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算v3.公式應(yīng)用注意事項(xiàng)公式應(yīng)用注意事項(xiàng)v1）軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)在滿足彎曲強(qiáng)度的條件下，為提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，小齒輪齒數(shù)一般取z12040，速度較高時(shí)取較大值；硬齒面的彎曲強(qiáng)度是薄弱環(huán)節(jié)，宜取較少的齒數(shù)，以便增大模數(shù)，通常取z1 =1720。v2）為保證減小加工量，也為了裝配和調(diào)

11、整方便，大齒輪齒寬應(yīng)小于小齒輪齒寬。v3) 大小兩齒輪的齒根彎曲應(yīng)力F1F2，兩輪的許用彎曲應(yīng)力也不同，所以，校核時(shí)應(yīng)分別驗(yàn)算大小齒輪的彎曲強(qiáng)度。 7.3.4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟v1.齒輪傳動(dòng)參數(shù)的選齒輪傳動(dòng)參數(shù)的選擇擇 v2.直齒圓柱齒輪傳動(dòng)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟 學(xué)習(xí)情境4 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)v如圖7-17所示為平行軸斜齒輪傳動(dòng)，如圖7-18所示為人字齒輪傳動(dòng)。 7.4.1斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的基本參數(shù)v1. 螺旋角螺旋角v如圖7-19所示為斜齒輪分度圓柱面的展開圖，分度圓柱上的螺旋線展開后成為一條斜直線，該直線與齒輪軸線之間的夾角稱為分度圓柱上的螺旋角，簡稱螺旋角，用表示。 7

12、.4.1斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的基本參數(shù)v1. 螺旋角螺旋角v螺旋角是反映斜齒輪特征的一個(gè)重要參數(shù)，可反映出輪齒的傾斜程度。按照斜齒輪的齒廓螺旋線的方向不同，可分為右旋和左旋兩種，如圖7-20所示。 7.4.1斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的基本參數(shù)v1. 螺旋角螺旋角v螺旋角越大，輪齒越傾斜，則傳動(dòng)的平穩(wěn)性越好，但軸向力也越大。 一般設(shè)計(jì)時(shí)常取820。近年來為了增大重合度、提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和降低噪聲，在螺旋角參數(shù)選擇上，有大螺旋角化的傾向。對于人字齒輪，因其軸向力可以抵消，常取2545。但加工較困難，精度較低，一般用于重型機(jī)械的齒輪傳動(dòng)。 7.4.1斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的基本參數(shù)v2. 其他基本參數(shù)其他基本參數(shù)v除螺

13、旋角之外，斜齒輪與直齒輪一樣，也有齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)這五個(gè)基本參數(shù)。一對外嚙合斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是：齒輪副的法面模數(shù)和法面壓力角分別相等，而且螺旋角大小相等，旋向相反。v用仿形法加工斜齒輪時(shí)，盤狀銑刀是沿螺旋線方向切齒的。因此，刀具需按斜齒輪的法向齒形來選擇。如圖7-21所示 。 7.4.2標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪尺寸計(jì)算7.4.3 斜齒圓柱齒輪的受力分析v圖 7-22所示為一對斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)主動(dòng)輪上的受力情況。 7.4.4 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 v1齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度v斜齒圓柱齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度是以輪齒法面的當(dāng)量齒輪為基礎(chǔ)計(jì)算的， 其校核計(jì)算公式為

14、v若取齒寬系數(shù)d=b/d1，可得一對標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪以接觸疲勞強(qiáng)度為條件的設(shè)計(jì)計(jì)算公式為HEHbdKTZ211) 1(2 . 3dHEKTZd) 1(2 . 31317.4.4 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 v2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度v參照直齒圓柱齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度疲勞計(jì)算公式的推導(dǎo)，可直接寫出標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式v基于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算公式為FSFnFYYzbmKT121cos6 . 132121cos6 . 1FdSFnzYYKTm學(xué)習(xí)情境5 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)v圓錐齒輪機(jī)構(gòu)用于相交軸之間的傳動(dòng)，兩軸的交角1+2由傳動(dòng)要求確定，可為任意值，=90的圓錐齒

15、輪傳動(dòng)應(yīng)用最廣泛，如圖7-23所示。7.5.1直齒圓錐齒輪傳動(dòng)受力分析v圖7-24(a)所示為直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的受力情況。大齒輪上所受的各個(gè)分力可根據(jù)作用與反作用定律確定，如圖7-18(b)所示。 7.5.2直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算v直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，可近似按平均直徑處的一對當(dāng)量直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)進(jìn)行。對于兩軸交角=90的一對鋼制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪，其簡化的強(qiáng)度計(jì)算公式是:v1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算v齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算公式為 v齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算公式為HHuKTd1 .195131 32111 .195HuKTd7.5.2直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

16、v2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算v齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的校核計(jì)算公式為 v齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)計(jì)算公式為v上述各式的各參數(shù)的含義、單位及許用應(yīng)力計(jì)算方法與直齒圓柱齒輪相同。計(jì)算所得模數(shù)應(yīng)按表圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。FSFFuzYYKTm12 . 3221133221112 . 3uzYYKTmFSF7.6.1齒輪的結(jié)構(gòu)v1. 鍛造齒輪鍛造齒輪v對于齒頂圓直徑da500 mm的齒輪，通常采用鍛造齒輪，其常用的結(jié)構(gòu)形式有以下幾種： 齒輪軸、實(shí)心式齒輪和腹板式齒輪。v1）齒輪軸v 如果圓柱齒輪的齒根圓到鍵槽底面的徑向距離e2.5m(或mn)，圓錐齒輪小端齒根圓到鍵槽底面的徑向距離e1.6m

17、，則可將齒輪與軸做成一體，稱為齒輪軸，如圖7-25所示。其中， 圖7-25(a)所示為圓柱齒輪軸，圖7-25(b)所示為圓錐齒輪軸。 學(xué)習(xí)情境6 齒輪的結(jié)構(gòu)與齒輪傳動(dòng)的潤滑7.6.1齒輪的結(jié)構(gòu)v1. 鍛造齒輪鍛造齒輪v2） 實(shí)心式齒輪v 如果齒輪齒根圓的直徑大于軸的直徑，則當(dāng)齒輪的齒頂圓直徑da200 mm，一般制成實(shí)心式結(jié)構(gòu)， 如圖7-26所示。7.6.1齒輪的結(jié)構(gòu)v1. 鍛造齒輪鍛造齒輪v3) 腹板式齒輪 v當(dāng)200 mmda500 mm時(shí)， 可采用腹板式結(jié)構(gòu)。如圖7-27所示。 7.6.1齒輪的結(jié)構(gòu)v2. 鑄造齒輪鑄造齒輪v對于齒頂圓直徑da400 mm的圓柱齒輪， 以及齒頂圓直徑da300 mm的圓錐齒輪來說， 由于鍛造困難，大多采用鑄造齒輪。如圖7-28所示。 7.6.1齒輪的結(jié)構(gòu)v3. 焊接齒輪焊接齒輪v對于單件或小批量生產(chǎn)的大直徑齒輪， 為降低成本