第十章齿轮传动教案与讲稿.doc

PAGE 河海大学机电学院 教案与讲稿 课程：机械设计 2011—2012学年 上学期 主讲教师：苏 洲 教 学 课 题 齿轮传动 教学目的 与要求 了解齿轮传动特点、分类、掌握主要失效形式，了解常用齿轮材料及热处理方法，掌握齿轮材料的计算载荷 掌握直齿圆柱齿轮的强度计算方法及主要参数的选择方法 掌握斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮受力分析和强度计算方法 掌握变位齿轮强度的特点，了解其它齿轮传动的特点 教 学 重点 轮齿主要失效形式，载荷系数，材料与热处理；齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算；斜齿轮和锥齿轮受力分析和强度计算的特点，当量齿轮；变位齿轮强度计算的特点 难点 齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算；斜齿轮和锥齿轮受力分析和强度计算的特点，当量齿轮； 教 具 实物与挂图 讲 稿（教学要点与板书） §10—1 概 述 齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一类传动，其中最常用的是渐开线齿轮传动，这主要是由于其传动特点所决定的。 一、齿轮传动的特点 优点：1）传动效率高（η=99%）；2）传动比恒定（瞬时，精度较高时）；3）结构紧凑（较之于带、链传动）；4）工作可靠、寿命长 缺点：1）制造、安装精度要求较高（专用机床和刀具加工）；2）不适于中心距a较大两轴间传动；3）使用、维护、费用较高；4）精度低时、噪音、振动较大 二、齿轮传动的类型 1、按传动轴相对位置（图9-1） 平行轴齿轮传动（圆柱齿轮传动）：（外）直齿轮、斜齿轮、内齿轮、齿轮齿条、人字齿轮 相关轴齿轮传动：锥齿轮传动——1）直齿；2）斜齿；3）曲齿 交错轴齿轮传动：交错轴斜齿轮（螺旋齿轮）、准双曲面齿轮传动、（蜗杆、蜗轮传动） 2、按工作条件 开式——适于低速及不重要的场合 半开式——农业机械、建筑机械及简单机械设备—只有简单防护罩 闭式——润滑、密封良好，—汽车、机床及航空发动机等的齿轮传动中 3、按齿形 渐开线——常用 摆线——计时仪器 圆弧——承载能力较强 §10—2 齿轮传动的失效形式与设计准则 一、失效形式 失效形式分两类：轮齿折断；齿面损坏 轮齿折断又分：疲劳折断；过载折断 齿面损坏又分：点蚀、摩损和胶合、塑性变形 1、轮齿折断：弯曲疲劳折断——闭式硬齿面齿轮传动最主要的失效形式 过载折断——载荷过大或脆性材料 部分形式：齿根整体折断——直齿，b较小时 局部折断——斜齿或偏载时，b较大时 部位： SKIPIF 1 0 ，应力集中 提高轮齿抗折断能力的措施： 减小齿根应力集中（增加齿根过渡圆角，降低齿根部分表面粗糙度） 高安装精度及支承刚性，避免轮齿偏载 设计时限制齿根弯曲应力小于许用值 改善热处理，使其有足够的齿芯韧性和齿面硬度 齿根部分进行表面强化处理（喷丸、滚压） 2、齿面疲劳点蚀（图9-3）——闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式 形式：收敛性点蚀——开始由于表在粗糙，局部接触应力较大引起点蚀，过后经跑合，凸起磨平软齿面逐渐消失 扩展性点蚀——硬齿面发生点蚀或软齿面 SKIPIF 1 0 时 位置：节线附近 原因：1）单齿对啮合接触应力较大；2）节线处相对滑动速度较低，不易形成润滑油膜；3）另外油起到一个媒介作用，润滑油渗入到微裂纹中，在较大接触应力挤压下使裂纹扩展直至表面金属剥落。 防止措施：1）提高齿面硬度；2）降低表面粗糙度；3）采用角度变位 SKIPIF 1 0 （增加综合曲率半径）；4）选用较高粘度的润滑油；5）提高精度（加工、安装）；6）改善散热。 开式齿轮传动由于磨损较快，一般不会点蚀 3、齿面磨损——开式齿轮的主要失效形式 类型——齿面磨粒磨损，图9-4 防止措施：1）提高齿面硬度；2）降低表面粗糙度；3）降低滑动系数；4）润滑油定期清洁和更换；5）变开式为闭式。 4、齿面胶合——高速垂载传动的主要失效形式——热胶合，图9-5 原因：高速、重载→压力大，滑动速度高→摩擦热大→高温→啮合齿面粘结（冷焊结点）→结点部位材料被剪切→沿相对滑动方向齿面材料被撕裂。 低速重载或缺油→冷胶合（压力过大、油膜被挤破引起胶合） 形式：热胶合——高速重载；冷胶合——低速重载，缺润滑油 防止措施：1）采用抗胶合能力强的润滑油η↑（加极压添加剂）；2）采用角度变位齿轮传动（ SKIPIF 1 0 ），使滑动速度VS下降。（使始末位置，相对滑动速度↓）；3）减小m和齿高h，降低滑动速度VS；4）提高齿面硬度；5）降低√；6）配对齿轮有适当的硬度差；7）改善润滑与散热条件。 5、齿面塑性变形——低速重载软齿轮传动的主要失效形式 齿面在过大的摩擦力作用下处于屈服状态，产生沿摩擦力方向的齿面材料的塑性流动，从而使齿面正确轮廓曲线被损坏。图9-6所