《机械设计》PPT课件

第十章齿轮传动§10-1概述§10-2齿轮传动的失效形式及设计准则§10-3齿轮的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 及其选择原则§10-4齿轮传动的计算载荷§10-5直齿圆柱齿轮传动的强度计算§10-6齿轮传动的精度、设计参数与许用应力§10-7斜齿圆柱齿轮传动的强度计算§10-8直齿锥齿轮传动的强度计算§10-9齿轮的结构设计§10-10齿轮传动的润滑齿轮传动概述11.特点：（1）传动效率高：在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高，可达99％；（2）结构紧凑：齿轮传动所需的空间一般较小；（3）工作可靠，寿命长：最高寿命可达一二十年；（4）传动比稳定，这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；（5）制造及安装精度要求高，价格贵，不宜用于传动距离大时。§10-1概述2.分类按装置形式分：开式传动（农业机械、建筑机械）、半开式传动（简单防护罩，大齿轮部分浸入油池中）、闭式传动（汽车、机床等装入封闭的箱体内）。　按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、锥齿轮传动、人字齿轮传动。齿轮传动的失效形式及设计准则§10-2齿轮传动的失效形式及设计准则一、失效形式1.轮齿折断。（1）原因：①齿根处弯曲应力大；②齿根形状突变及加工刀痕引起应力集中；③轮齿的突加载荷；④严重磨损使齿变薄。（2）措施：①采用正变位齿轮，增大齿根强度；②使齿根过度平缓、消除刀痕；③增大轴及支承的刚性，使轮齿受载均匀；④热处理使齿芯材料具有足够韧性；⑤采用喷丸、滚压等工艺对齿根表面强化处理。在加工标准齿轮的位置上，如果齿轮刀具靠近齿轮一段距离xm，则得到负变位齿轮；远离齿轮一段距离xm，则得到正变位齿轮。x就是变位系数，负变位时是负值，正变位时是正值；2.齿面磨损。（1）原因：齿面摩擦或落入磨料（砂粒、铁屑），使齿面逐渐磨损而失效，是开式齿轮传动的主要失效形式之一。（2）影响：磨损引起齿廓变形和齿厚减薄，产生振动、噪声和断裂。（3）措施：采用闭式传动、提高齿面硬度、降低粗糙度、注意润滑油清洁。3.齿面点蚀。（1）原因：循环接触应力、齿面摩擦力及润滑剂反复作用。与齿面间相对滑动和润滑油粘度有关，靠近节线处齿面抗点蚀能力差。（2）措施：①提高材料硬度；②在啮合的轮齿间加注润滑油，油粘度越高效果越好；速度低时宜用高粘度润滑油，速度高时宜用低粘度润滑油。4.齿面胶合。（1）原因：齿面间未能有效润滑导致齿面金属接触、粘连、撕扯出现划痕。（2）影响：振动、噪声、失效。（3）措施：①采用正变位齿轮；②减小模数、降低齿高、减小滑动速度；③提高齿面硬度、降低粗糙度、采用抗胶合材料、润滑油中加入极压添加剂。节线：一对齿廓啮合过程中节点在齿轮上的轨迹节线是圆形的称为节圆。二、齿轮的设计准则保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度。（1）闭式：保证齿面接触疲劳强度。对齿面硬度高、齿芯强度低、材质脆的齿轮，保证齿根弯曲疲劳强度。（2）开式或半开式：保证齿根弯曲疲劳强度。（3）功率较大：作散热能力计算。（4）轮圈、轮辐、轮毂：仅做结构设计，不做强度校核。5.塑性变形。（1）原因：轮齿上的载荷产生的应力超过材料的屈服极限。（2）影响：接触部位出现压痕，齿面材料发生塑性流动。（3）措施：①提高齿面硬度；②采用高粘度或加极压添加剂的润滑油；§10-3齿轮的材料及其选择原则一、基本要求：齿面足够硬度，齿芯足够强度和韧性，具有良好的机械加工和热处理工艺性、经济性。二、常用的齿轮材料1.钢：韧性好、耐冲击，可通过热处理或化学热处理改善其力学性能，提高齿面硬度。包括锻钢和铸钢。2.铸铁：灰铸铁较脆，抗冲击、耐磨性差，抗胶合、抗点蚀能力好，用于工作平稳、速度低、功率小的场合；3.非金属材料：夹布塑料，适用于高速、轻载、精度不高且要求降低噪声的小齿轮。三、齿轮材料的选择原则（1）满足工作条件要求；（2）考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 及热处理和制造工艺（表面硬化方法：渗碳、氮化和淬火）；（3）正火碳钢-轻载，调质碳钢-中载，合金钢-高速、重载、冲击。（4）金属软齿面齿轮，齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多。齿轮传动的计算载荷§10-4齿轮传动的计算载荷用于齿轮强度计算的计算载荷：Fn-轮齿所受的名义法向载荷；K-载荷系数，其值为：K＝KAKvKαKβ，KA为使用系数，Kv为动载系数，Kα为齿间载荷分配系数，Kβ为齿向载荷分布系数。1.使用系数KA：实际载荷受原动机和工作机的特性、质量比、联轴器类型及运行状态影响引入的系数。表10-2中值适用于减速传动，若增速乘以1.1，外部机械与齿轮装置间有挠性连接（如挠性联轴器）时可适当减小。2.动载系数Kv：制造及装配误差、受载后弹性变形引入的系数，使轮齿不能正确啮合，引起动载荷。对一般齿轮传动，查图10-8。v为齿轮的节线速度，C为齿轮传动精度系数。3.齿间载荷分配系数Ka：若在啮合区内有两对或多对齿同时工作，考虑制造误差和接触部位差别，各齿承担的载荷不相等，引入系数Ka，根据KAFt/b值查表10-3，硬齿面为硬度大于350HBS；直齿锥齿轮传动KHaKFa都是1。4.齿向载荷分配系数Kβ：轴承相对于轮齿作不对称配置、轴和齿轮的扭转变形、轴承和支座的变形及制造、装配误差等使齿面载荷分布不均。Kβ分为KHβ和KFβ，KHβ查表10-4；KFβ查图10-13。（1）表10-4中，Φd为齿宽系数，Φd=b/d1。（2）根据KHβ和b/h查图10-13得KFβ，小齿轮和大齿轮齿宽不等时b取小值。§10-5直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿的受力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：T1-小齿轮传递的转矩，α-压力角。直齿圆柱齿轮强度计算2二、齿根弯曲疲劳强度计算当载荷作用在单对齿啮合区的最高点时，齿根产生的弯曲应力最大。W-抗弯截面系数，W=bs2/6，b-截面宽（齿宽），s-截面高，γ-压力角，做与轮齿对称线成30°并与齿根过渡曲线相切的切线，切点为A、B，连线AB表示齿根处危险截面，该处弯曲应力为：将Fn代入，危险截面处的弯曲应力为：考虑危险截面处的过渡曲线引起的应力集中、其他应力计重合度对齿根应力的影响，修正后得到直齿轮的弯曲疲劳强度条件：Ysa-载荷作用于齿顶时的应力修正系数，查图10-18，x为变位系数；Yε-弯曲疲劳强度计算的重合度系数。εα为直齿圆柱齿轮的重合度直齿圆柱齿轮强度计算3三、齿面接触疲劳强度计算齿面接触应力与轮齿载荷、齿面相对滑动方向、摩擦因数和润滑状态有关，主要是赫兹应力：1.节点处的齿廓综合曲率半径：α’—啮合角；2.接触线长度L：引入载荷系数KH得：KH─接触疲劳强度计算的载荷系数，KH=KAKvKHαKHβZH—区域系数，查图10-20，x为齿轮的变位系数。α’-啮合角，等于αha*-齿顶高系数，等于1四、齿轮传动的强度计算说明1.在弯曲疲劳强度计算中，小齿轮和大齿轮的Yfa/Ysa[σF]不一样，应保证齿轮副的弯曲疲劳强度，取较大者。2.用设计公式初步计算齿轮的分度圆直径，动载系数KV、齿间载荷分配系数KHα、及齿向载荷分布系数KHβ等因与设计结果有关尚无法确定，可试选KHt，算出分度圆直径试算值d1t，计算齿轮圆周速度v，查取动载系数Kv、齿间载荷分配系数KHα、及齿向载荷分布系数KHβ，结合使用系数KA，得到计算载荷系数KH。若KH值与试选的相差较大，应修正。6.设计齿轮传动时，可分别按齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度进行计算，取其中尺寸较大者为设计结果。考虑圆柱齿轮的轴向安装误差和调整，一般选择大齿轮齿宽等于设计齿宽，小齿轮齿宽略大于大齿轮齿宽，对于圆锥齿轮，大小齿轮齿宽都取设计齿宽。4.当配对齿面均属软齿面（硬度小于350HBS）时，小齿轮的齿面硬度应大于大齿轮，平衡两齿面的接触疲劳强度。3.在接触疲劳强度计算中，小齿轮和大齿轮的接触应力相等，应取[σH]1和[σH]2中的较小者代入设计和校核公式计算。5.由式10-6，在齿宽系数、齿数、材料一定时，模数越大，齿轮弯曲疲劳强度越高；由式10-10，在齿宽系数、材料、传动比一定时，小齿轮直径越大，接触疲劳强度越高。§10-6齿轮传动的精度、设计参数与许用应力一、齿轮精度的选择1.等级：渐开线圆柱齿轮传动的精度分13级，0级最高，12级最低。3.选择：满足使用要求，降低成本。2.精度指标：第Ⅰ公差组：用齿轮一转内的转角误差表示，决定齿轮传递运动的准确程度；第Ⅱ公差组：用齿轮一齿内的转角误差表示，决定齿轮运转的平稳程度。第Ⅲ公差组：用啮合区域的形状、位置和大小表示，决定齿轮载荷分布的均匀程度。二、齿轮传动设计参数的选择1．压力角a：增大压力角，有利于提高齿轮传动的弯曲强度和接触强度，我国 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 一般为a=20°，压力角大，齿轮刚度大，不利于降低噪声和动载荷。2．齿数：对于闭式齿轮传动，为提高传动平稳性，减小冲击振动，齿数多点好，小齿轮可取z1=20~40；开式齿轮传动主要是磨损失效，小齿轮齿数不宜过多，一般z1=17~20；为使轮齿磨损均匀，一般使z1和z2互质。3．齿宽系数fd=b/d1：在保证接触强度和弯曲强度时增加齿宽系数。增加齿宽系数，也增大载荷沿接触线分布的不均匀程度，推荐值可查表10-7。4．变位系数：影响轮齿几何尺寸、端面重合度、滑动率、齿面接触应力和齿根弯曲应力，适当选取可避免根切。二、齿轮的许用应力1．齿轮疲劳试验的条件：中心距a=100mm，m=3～5mm，b=10～50mm，v=10m/s，齿面微观不平度十点高度RZ=3μm，齿根过度表面微观不平度十点高度RZ=10μm，齿轮精度等级4～7级的直齿轮副，。。。。。。齿轮传动的设计参数2S-疲劳强度系数。对接触疲劳强度，S=SH=1；对弯曲疲劳强度，S=SF=1.25~1.5,；直齿锥齿轮疲劳强度，SF>1.5.KN-寿命系数。对弯曲疲劳查图10-22，对接触疲劳查图10-23。应力循环次数N=60njLh，n为齿轮转速；j为齿轮每转一圈，同一齿面的啮合次数；Lh为齿轮的工作寿命。σlim-齿轮疲劳极限。弯曲疲劳查图10-24，接触疲劳查图10-25。例题：设计带式输送机减速器的高速级齿轮传动。已知输入功率P=10kW，小齿轮转速n1=960r/min，齿数比u=3.2，由电动机驱动，工作寿命15年（每年300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数；2.按齿面接触疲劳强度设计；3.按齿根弯曲疲劳强度设计；4.几何尺寸计算；5.圆整中心距后的强度校核；6.结构设计及绘制齿轮零件图；7.主要设计结论。计算步骤1．选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选用直齿圆柱齿轮传动，压力角为20°（一般α=20°）。（2）带式输送机为一般工作机器，查表10-6选用7级精度。（3）查表10-1，选择小齿轮材料40Cr（调质），齿面硬度280HBS；大齿轮材料45钢（调质），齿面硬度240HBS。（4）选小齿轮齿数z1=24（20~40），大齿轮z2=uz1=76.8，取77，齿数互质。2．按齿面接触疲劳强度设计（1）按式10-11试算小齿轮分度圆直径α’-啮合角，等于α；ha*-齿顶高系数，等于1⑦计算接触疲劳许用应力[σH]查图10-25d（MQ与ML中间值）得大小齿轮的接触疲劳极限分别为σHlim1=600MPa，σHlim2=550MPa，按式10-15计算应力循环次数：查图10-23得接触疲劳寿命系数KHN1=0.9、KHN2=0.95。N>Nc取失效率1%、安全系数S=1（接触疲劳），由式10-14得：j为齿轮每转一圈，同一齿面的啮合次数；Lh为齿轮的工作寿命。取二者中较小值为该齿轮副的接触疲劳许用应力。2）试算小齿轮分度圆直径（2）调整小齿轮分度圆直径1）数据准备2）计算实际载荷系数KH④查表10-4：用插值法得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置b=59.763、Φd=1时，KHβ=1.421，实际载荷系数：3）根据式10-12，按实际载荷系数算得的分度圆直径：3.按齿根弯曲疲劳强度设计1）确定公式中的各参数。①试选KFt=1.3。（P204计算说明4）②按式10-5计算弯曲疲劳强度用重合度系数。查图10-17得齿形系数YFa1=2.65、YFa2=2.23。z1=24，z2=77查图10-18得应力修正系数Ysa1=1.58、Ysa2=1.762）试算模数取弯曲疲劳安全系数S=1.4（1.25~1.5），由式10-14得：（2）调整齿轮模数1）数据准备③宽高比b/h③由表10-4用插值法查得KHβ=1.417，结合b/h=10.67查图10-13得KFβ=1.343)由式10-13，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数取z1=34，则大齿轮齿数z2=uz1=3.2×34=108.8，取z2=109，z1与z2互质。4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算中心距齿轮模数m的大小取决于弯曲疲劳强度，齿轮直径取决于齿面接触疲劳强度注：选用模数时,应优先采用第一系列,其次是第二系列，括号内的模数尽可能不用我国规定的标准模数系列表第一系列0.10.120.150.20.250.30.40.50.60.811.251.522.5345681012162025324050第二系列0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)78(11)14182228(30)3645（3）计算齿轮宽度：b=Φd×d1=68mm考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽b和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（5~10）mm，即取取b1=75mm,而时大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即b2=b=68mm5.圆整中心距后的强度校核计算出的中心距不便于相关零件的设计和制造，采用变位法将中心距就近圆整至a’=145mm。圆整时以变位系数和不超出图10-21a中推荐的合理范围为宜。其它几何参数保持不变。齿轮变位后，齿轮副几何尺寸发生变化，应重新校核齿轮强度。（1）计算变位系数和①计算啮合角、齿数和、变位系数和、中心距变动系数和齿顶高降低系数。②分配变位系数由图10-21b可知，坐标点（zΣ/2，xΣ/2）=（71.5,0.525）位于L14线和L15线之间。按这两条线作射线，在从横坐标的z1、z2处作垂直线，与射线交点的纵坐标分别是x1=0.502、x2=0.503。（2）齿面接触强度校核按前述类似做法，先计算式（10-10）中的各参数，计算结果：将它们代入式（10-10），得到：（3）齿根弯曲疲劳强度校核先计算式（10-6）中的各参数，计算结果：齿面接触疲劳强度满足要求将它们代入式10-6，得到：齿根弯曲疲劳强度满足要求6.结构设计及绘制齿轮零件图（略）7.主要设计结论齿数z1=34、z2=109，模数m=2mm，压力角α=20°，变位系数x1=0.502、x2=0.503，中心距a=145mm，齿宽b1=75mm、b2=68mm。小齿轮选用40Cr（调质），大齿轮选用45钢（调质）。齿轮按7级精度设计。小结：直齿圆柱齿轮设计计算过程1．选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数2．按齿面接触疲劳强度设计（1）按式10-11试算小齿轮分度圆直径3.按齿根弯曲疲劳强度设计（2）调整齿轮模数齿轮模数m的大小取决于弯曲疲劳强度，齿轮直径取决于齿面接触疲劳强度4.几何尺寸计算5.圆整中心距后的强度校核（1）计算变位系数和（2）齿面接触强度校核（3）齿根弯曲疲劳强度校核6.结构设计及绘制齿轮零件图7.主要设计结论§10-7斜齿圆柱齿轮传动的强度计算标准斜齿圆柱齿轮强度计算1一、轮齿的受力分析b-螺旋角，不宜选得过大，一般8º～20º。αt—端面压力角；αn-法面压力角，tanαn=tanαtcosb；bb-基圆螺旋角，tanβb=tanβcosαt二、斜齿轮强度计算原理斜齿轮的强度计算以直齿轮强度计算为基础，将斜齿轮转化为当量直齿轮。三、齿根弯曲疲劳强度计算Fn在齿根处产生的弯曲应力为：引入载荷系数KF，危险截面的弯曲应力为：YFa-斜齿轮齿形系数，按当量齿数zv=z/cos3b查图10-7将Φd=b/d1、Ft1=2T1/d1、d1=mnz1/cosβ代入：四、齿面接触疲劳强度计算ZH为斜齿轮区域系数，查图10-20将Φd=b/d1、Ft1=2T1/d1代入得：§10-8直齿锥齿轮传动的强度计算直齿锥齿轮斜齿锥齿轮曲线齿锥齿轮锥齿轮传动的强度计算1一、设计参数直齿锥齿轮传动以大端参数为标准值，强度计算以齿宽中点处的当量齿轮作为计算依据。脚标m表示齿宽中点，脚标v表示当量齿轮，fR=b/R为齿宽系数，取0.25~0.35。锥齿轮传动的强度计算2二、轮齿的受力分析Fn在小齿轮平均分度圆处分解为圆周力Ft1、径向力Fr1和轴向力Fa1锥齿轮传动的强度计算3三、齿根弯曲疲劳强度计算将锥齿轮齿宽中点处的几何参数及轮齿受力分析代入式10-4，考虑直齿锥齿轮传动精度低，取Yε=1，得齿根弯曲疲劳强度条件式：载荷系数KF=KAKVKαKβ。KA、KV取法同前，KFα、KHα可取1。YFa和Ysa按当量齿数查图10-17和10-18。锥齿轮传动的强度计算4四、齿面接触疲劳强度计算将齿宽中点处的当量齿轮的几何参数及受力分析代入式10-8，取齿宽系数Zε=1，得：齿轮的结构设计§10-9齿轮的结构设计2.设计 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ：根据齿轮的大小、加工方法、材料、使用要求及经济性等因素选择齿轮结构形式，再根据经验公式计算齿轮结构尺寸。1.设计任务：确定齿圈、轮辐和轮毂等结构形式及尺寸大小。（1）对圆柱齿轮e〈2mt；对圆锥齿轮e〈1.6m，做成齿轮轴。（2）当齿顶圆直径da≤160mm时，做成实心式。（3）当齿顶圆直径da≤500mm时，做成腹板式。（4）当齿顶圆直径400mm≤da≤1000mm时，做成轮辐式。（5）当圆柱齿轮尺寸较大时，做成组装齿圈式，齿圈用钢，轮芯用铸铁或铸钢。齿轮与轴的连接：（1）一般用单键；（2）转速较高时用双键或花键；（3）在轴上滑移的齿轮，采用花键或两个导向键。齿轮传动的润滑§10-10齿轮传动的润滑一、润滑目的避免金属直接接触，减少摩擦磨损，散热和防锈蚀。二、润滑方式（1）开式及半开式或速度较低的闭式齿轮传动，通常采用人工周期性加油润滑。三、润滑剂的选择齿轮传动常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。牌号按10-8选取，粘度按10-9选取。（2）通用的闭式齿轮传动，当齿轮转速小于12m/s时，将大齿轮浸油润滑；当齿轮转速大于12m/s时，采用喷油润滑。谢谢