机械设计6—齿轮传动.ppt

* * §6-2 齿轮传动的失效形式和设计准则 典型机械零件设计思路： 分析失效现象 →失效机理（原因、后果、措施） →设计准则 →建立简化力学模型 →强度计算 →主要参数尺寸 →结构设计。 一、失效形式 1. 轮齿折断（breakage） 常发生于闭式硬齿面或开式传动中。 现象：局部折断或整体折断 原因：循环弯曲应力+应力集中=弯曲疲劳折断或过载、冲击（更危险！）。 措施：(1)↑齿根过渡圆角半径，↓加工损伤→应力集中↓ (2)↑轮齿精度，↑支承刚度→改善载荷分布 (3) d 一定时，z↓，m↑ → 齿根厚度↑ (4) 齿根部分表面强化处理（喷丸、滚压）→改善力学性能 2. 齿面点蚀(齿面接触疲劳磨损)(surface pitting) 常出现在润滑良好的闭式软齿面传动。 现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。 原因：单齿对啮合交变接触应力较大。靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。润滑油的“推波助澜”。 开式传动：无点蚀（∵v磨损v点蚀） 措施： (1)↑HBS →[?H] (2)↓表面粗糙度 (3) d1↑ (4)↑润滑油? 3. 齿面磨损（磨合~ ，磨粒~）(surface wear) 常发生于开式齿轮传动。 现象：金属表面材料不断减少。 原因：相对滑动+硬颗粒(灰尘、金属微粒等) 润滑不良+表面粗糙。 措施：(1)↑齿面硬度； (2)↓表面粗糙度； (3) 润滑油定期清洁和更换； (4) 变开式为闭式。 4. 齿面胶合（严重的粘着磨损） (surface scoring) 现象：齿面沿滑动方向形成沟痕。 措施：(1)↓表面粗糙度,↑HBS；(2)配对齿轮有适当的硬度差; (3)采用抗胶合能力强的润滑油；(4)齿顶修缘。 原因：高速重载— v↑,Δt↑,油?↓, 油膜破坏, 融焊→相对运动→撕裂、沟痕→热胶合。 低速重载— P↑、v↓，不易形成油膜→冷胶合。 5. 齿面塑性变形(surface plastic deformation) 常发生在低速重载软齿面齿轮传动中。 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，从而使齿面正常轮廓曲线被损坏。 措施：(1)↑齿面硬度 (2)采用? 高的润滑油 二、设计准则 对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为： 为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度。 为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。 注：对高速重载传动，还进行抗胶合能力计算。(轧钢机，航空发动机) 1. 闭式传动★ 软齿面：按齿面接触疲劳强度条件设计→ 齿根弯曲疲劳强度校核 硬齿面：按齿根弯曲疲劳强度条件设计→齿面接触疲劳强度校核 2. 开式传动 按齿根弯曲疲劳强度条件设计 ，并适当加大m10%~20% 。 §6-3 齿轮的材料和选择 对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧 一、常用材料 钢 铸铁 用于低速、轻载、不太重要的场合。 非金属材料：尼龙、塑料等。适用于高速、轻载和低噪音的场合。 最常用 碳钢 合金钢 齿轮的毛坯： 锻造 铸造 ：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮。 ：适用于中、小尺寸的齿轮。 二、材料选择的原则 1. 不同的工作条件选用不同的齿轮材料； 2.考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型方式及热处理和制造工艺； 3. 正火碳钢用于载荷平稳或小冲击下工作的齿轮；调质钢用于中 等冲击载荷下工作的齿轮； 4. 合金钢用于高速、重载及在冲击载荷下工作的齿轮； 5. 良好的加工工艺性和经济性。 6. 钢制软齿面齿轮要求HBS1=HBS2+30~50 为什么？ §6-4 齿轮传动的计算载荷 一、圆柱齿轮传动的计算载荷 1. 直齿圆柱齿轮受力分析★ 忽略Ff ，假设法向力Fn作用于齿宽中点。 法向力Fn正交分解为Ft 、Fr 圆周力Ft： 径向力Fr： Ft1 =2T1/d1 = -Ft2 Fr1 = Ft1.tan? = -Fr2 Fn = Ft /cos? O2 ω2 O1 ω1 T1 d1 2 d2 2 ? Ft1 Fr1 Fn1 Fn2 方向： 圆周力Ft Ft1与n1反向（阻力） Ft2与n2同向（动力） 径向力Fr：外齿轮指向各自轮心；内齿轮背离轮心。 2. 斜齿圆柱齿轮受力分析★ 主动轮 圆周力：Ft1 =2T1/d1 = -Ft2 径向力：Fr1 = Ft1.tan?n /cosβ = -Fr2 轴向力：Fa1 = Ft1.tanβ = -Fa2 Fa1 Fa1 Fr1 法向力Fn正交分解为Ft 、Fr 和 F