11章：齿轮传动.ppt

§11-1 轮齿的失效形式 设计准则设计齿轮传动时，应根据实际工况条件，分析主要失效形式，确定相应的设计准则，进行设计计算。闭式齿轮传动(closed gear drives)主要失效形式——齿面疲劳点蚀、弯曲疲劳折断及胶合 设计计算准则——一般齿轮传动， 只按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两准则 进行设计计算。对于高速大功率的齿轮传动，还应按齿面抗胶合能力的准则进行计算。开式齿轮传动(open gear drives)主要失效形式——磨损及弯曲疲劳折断设计计算准则——目前对磨损尚无成熟的设计计算方法，故通常 按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算 ，并 将模数增大10%~20%，以考虑磨损的影响。 §11-2 齿轮材料及热处理 一：齿轮材料选择的要求齿轮材料对齿轮的承载能力和结构尺寸影响很大，合理选择齿轮材料是设计重要内 容之一。 选择齿轮材料应考虑如下要求：齿面应有足够的硬度， 保证齿面抗点蚀、 抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力；轮齿芯部应有足够的强度和韧性，保证齿根抗弯曲能力；此外，还应具有良好的机械加工和热处理工艺性；以及经济性等要求。 二：常用齿轮材料及热处理制造齿轮材料以锻钢（包括轧制钢材）为主，其次是铸钢、 铸铁，还有有色金属和非金属材料等。表11-1常用齿轮材料及其力学特性在选择材料和热处理方法时，一般使小齿轮的齿面比大齿轮高20～50HBS。 作用于主、从动轮上的各对力均大小相等，方向相反。 从动轮所受圆周力Ft 2是驱动力，其方向与从动轮转向相同。主动轮所受圆周力Ft 1是阻力，其方向与主动轮转向相反。（主反从同） Fr 的方向与啮合方式有关，对于外啮合，主、从动轮上的径向力分别指向各自的轮心。 二、计算载荷 Fn---名义载荷 The load factor (载荷系数) K——考虑原动机及工作机的性能、齿轮制造及安装误差、齿轮及其支撑件变形等因素对实际作用于齿轮上的载荷的影响而引入的系数。 计算载荷：用计算载荷KFn代替名义载荷Fn以考虑载荷集中和附加动载荷的影响，K——是配对齿轮的共有系数，无大、小或主、从齿轮之别 K= KAKvKαKβ KA— 使用系数； Kv—the dynamic load factor(动载荷系数)； Kα—the tooth thickness load distribution factor( 齿间载荷分配系数 )； Kβ—the axial load distribution factor(齿向载荷分配系数) 可查阅相关资料3  §11-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 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。 齿面接触疲劳强度计算：保证在预定寿命内齿轮不发生点蚀失效(pitting failure) 由于直齿轮在节点附近往往是单对齿啮合区，轮齿受力较大，故点蚀首先出现在节点附近。因此，通常计算节点(pitch point)的接触疲劳强度 3：The face width(齿宽)b——为保证装配后的接触宽度，两齿轮的宽度应不等。为节约材料，通常取b1=b2+(5~10mm) ，接触强度校核时应取b=b2 (实际接触宽度) 。 4：ZE, ZH, Zε, K——是配对齿轮的共有系数，无大、小或主、从齿轮之别 5：接触应力的循环特性——脉动循环 轮齿的接触应力沿实际啮合线变化，而轮齿脱离接触 ， 接触应力就等于零。一对齿轮啮合时，齿轮转一圈才啮合一次，因此，可近似地认为接触应力属于脉动循环应力。 注意事项： 1：在齿根弯曲疲劳强度计算中，配对齿轮的齿形系数、应力修正系数、 许用弯曲应力可能不相同[σF1 ] ≠ [σF2] 。因此，在校核计算时，σF1≠ σF2。两齿轮要分别进行；（齿轮的接触应力则一样。） 2：齿轮传动的弯曲疲劳强度取决于齿轮的模数和齿宽。当弯曲疲劳强度不足时，应首先增大模数，其次才考虑适当增大齿宽（同时会使Kβ增大） 。 3：关于齿根弯曲应力的变化特性，对只作单向回转工作的齿轮，按脉动循环应力处理；对双向弯曲工作的行星齿轮、中间惰轮及要正、反转方向皆工作的齿轮，都近似按对称循环应力处理。 4 ：模数和小齿轮齿数 模数m直接影响齿根弯曲强度，而对齿面接触强度没有直接影响。用于传递动力 的齿轮，一般应m1.5～2mm，以防止过载时轮齿突然折断。标准齿轮zmin≥17，若允许轻微根切或采用变位齿轮， zmin可以少到14或更少。 5