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1、第11章 齒輪傳動設(shè)計,11-1 齒輪傳動的受力分析與計算載荷 11-2 齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準則 11-3 齒輪材料及許用應(yīng)力 11-4 直齒圓柱齒輪傳動的強度計算 11-5 斜齒圓柱齒輪與直齒錐齒輪的強度計算特點 11-6 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11-7 齒輪傳動的潤滑,作業(yè)：5--9、10、11、12、13、14、15、20,本章重點： 1、齒輪傳動的受力分析； 2、齒輪傳動的失效形式及其設(shè)計準則； 3、圓柱(直齒、斜齒)齒輪傳動的強度計算 。,本章難點： 1、齒輪傳動的受力分析； 2、圓柱齒輪傳動的強度計算 ； 3、直齒錐齒輪強度計算 。,11-4 直齒圓柱齒輪傳動強度計算,1、接觸強度

2、相等的條件：,等強度條件為：,2、彎曲強度相等的條件：,等強度條件為：,四、齒輪強度比較方法,11-4 直齒圓柱齒輪傳動強度計算,例題：1： 甲乙兩人分別設(shè)計閉式軟齒面直齒圓柱齒輪減速器，其工作條件、材料、硬度、齒寬等均相同，甲的參數(shù)為：m=3mm，z1=20，z2=80，乙的參數(shù)為：m=2.5mm ，z1=24，z2=96，現(xiàn)經(jīng)校核，乙方案完全符合強度要求，試問：,1、甲方案是否可用？為什么？ 2、相對來說，哪個方案更合理？為什么？,解,1、,接觸強度相同。,而mm，甲的彎曲強度大于乙。,甲方案可用。,2、乙方案更合理。,d不變，m,11-4 直齒圓柱齒輪傳動強度計算,2：有兩對標準閉式軟齒

3、面直齒圓柱齒輪傳動，z1=20，z2=40，m=2 ，z1=20，z2=60，m=3，齒輪制造精度、載荷、材料、熱處理均相同，忽略載荷系數(shù)K及的影響，試問：,1、若第一對齒輪的齒寬b=36mm，則b=？這兩對齒輪的齒面接觸疲勞強度才相等； 2、判斷哪個齒輪的彎曲疲勞強度最弱？,解,1、由于四個齒輪材料、精度等均相同，則許用接觸應(yīng)力H均相同。,要使齒面接觸應(yīng)力相等，應(yīng)使其計算應(yīng)力相等，即：,11-4 直齒圓柱齒輪傳動強度計算,解,2、由于四個齒輪材料、精度、載荷等均相同，則許用彎曲應(yīng)力F均相同。,要判斷哪個齒輪彎曲強度最弱，要看計算應(yīng)力，且一對齒輪中小齒輪的彎曲應(yīng)力較大，因此，需比較F1和F1。

4、,而z1=z1,,齒輪z1的彎曲疲勞強度最弱。,z1=20，z2=40，m=2 ，z1=20，z2=60，m=3， 2、判斷哪個齒輪的彎曲疲勞強度最弱？,11-4 直齒圓柱齒輪傳動強度計算,3：有一對閉式軟齒面標準直齒圓柱齒輪傳動，已知：m=10mm、Z1=20、Z2=40， 齒寬B1=165mm，B2=160mm，H1=520MPa H2=400MPa。問： 1、兩齒輪的齒面接觸疲勞強度哪個大？為什么？ 2、若參數(shù)改為：m=5mm、Z1=40、Z2=80，假設(shè)改進后其工作條件、載荷系數(shù)K、材料、熱處理硬度、齒寬等條件都不變，該對齒輪的接觸強度和彎曲強度是否有變化？如何變化？為什么？ 3、如果

5、參數(shù)改變前后兩個齒輪的接觸強度和彎曲強度均滿足要求，試分析應(yīng)該選用哪套參數(shù)？為什么？,解：,1、,齒輪1的接觸疲勞強度大。,3：有一對閉式軟齒面標準直齒圓柱齒輪傳動，已知：m=10mm、 Z1=20、Z2=40， 齒寬B1=165mm，B2=160mm，H1=520MPa H2=400MPa。問： 2、若參數(shù)改為：m=5mm、Z1=40、Z2=80，假設(shè)改進后其工作 條件、載荷系數(shù)K、材料、熱處理硬度、齒寬等條件都不變，該 對齒輪的接觸強度和彎曲強度是否有變化？如何變化？為什么？ 3、如果參數(shù)改變前后兩個齒輪的接觸強度和彎曲強度均滿足要 求，試分析應(yīng)該選用哪套參數(shù)？為什么？,11-4 直齒圓柱

6、齒輪傳動強度計算,解：2、,改進前后接觸疲勞強度不變。,3、,改進后彎曲疲勞強度降低。,應(yīng)選用第2套參數(shù)。,因為：1、2、3,11-4 直齒圓柱齒輪傳動強度計算,,,4：有一對閉式鋼制齒輪傳動，已知T1=120103Nmm， 彈性系數(shù)ZE=189.8，載荷系數(shù)K=1.2；,,,、試分析該對齒輪傳動，哪個齒輪的接觸疲勞強度較低？哪個齒輪的彎曲疲勞強度較低？為什么？ 、預(yù)測當出現(xiàn)失效時，將是齒面疲勞點蝕還是齒根疲勞折斷？為什么？ 提示：,11-4 直齒圓柱齒輪傳動強度計算,,,4：有一對閉式鋼制齒輪傳動，已知T1=120103Nmm， 彈性系數(shù)ZE=189.8，載荷系數(shù)K=1.2；,,,解：,1、

7、,齒輪2的接觸疲勞強度較低。,齒輪2的彎曲疲勞強度較低。,4：有一對閉式鋼制齒輪傳動，已知T1=120103Nmm， 彈性系數(shù)ZE=189.8，載荷系數(shù)K=1.2；,11-4 直齒圓柱齒輪傳動強度計算,,,,,解：,2、,先發(fā)生齒面疲勞點蝕。,練題,試合理確定圖示兩級斜齒圓柱齒輪減速器各斜齒輪的螺旋線方向，并畫出各對齒輪的受力，電動機轉(zhuǎn)向如圖。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,,,,,,,,,,,,,,例1：如圖所示傳動系統(tǒng)，已知電機轉(zhuǎn)動方向。 1、說明為什么帶傳動布置在高速級，而鏈傳動布置在低速級？ 2、說明為什么斜齒圓柱齒輪

8、3、4的齒寬不相等？ 3、使軸向力抵消一部分，在圖中標出斜齒輪3、4螺旋線方向； 4、在圖中標出所有齒輪軸向力的方向。,,,,,,Fa2,Fa3,,Fa1,,Fa4,總復(fù),1 ：說明為什么帶傳動布置在高速級，而鏈傳動布置在 低速級？ 帶傳動要用在高速級，因為： （1）:因為P=FeV，V, Fe，不易打滑； （2）：帶有過載保護的功能，過載時，可對后面的 傳動零件起到保護的作用。 （3）：帶傳動有緩沖吸振的功能，高速振動大。 鏈傳動要用在低速級，因為： 鏈傳動有多邊形效應(yīng)，鏈速越高動載荷越大，所以用 在低速級。 2： 說明為什么斜齒圓柱齒輪3、4的齒寬不相等？ 由于存在制造和安裝誤差，

9、為了保證有效接觸寬度， 齒寬不相等，為了節(jié)省材料小齒輪的齒寬大。,總復(fù),例2：圖示為一二級展開式標準斜齒圓柱齒輪減速器。已知，高速級齒數(shù)z1=44, z2=94，模數(shù) m12=2.5 mm，中心距a 12 = 175 mm，齒寬b2= 90mm；低速級齒數(shù)z3=40，z4=75，模數(shù)m34= 3 mm，中心距a34 =175 mm，齒寬b4=100 mm；四個齒輪的材料相同，許用接觸應(yīng)力分別為： H1H3= 550 MPa，H2H4=420MPa；傳動的摩擦損耗可忽略不計，假設(shè)兩對齒輪傳動的載荷系數(shù)K相同。試： (1)標出齒輪2輪齒螺旋線的旋向，以使 II軸軸承上所受軸向力小些； (2)畫出各

10、齒輪的受力圖(力的作用點和方向)； (3)判斷哪個齒輪的接觸強度最弱,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,方案三 比方案一的d1減小，齒面接觸疲勞強度不夠，不可用。,答：(1) 方案二 與方案一的d1相同，齒面接觸疲勞強度不變，可用。,例3：有一同學(xué)設(shè)計閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動，方案一其參數(shù)為： m=4mm、z1=20、z2=60，經(jīng)強度計算其齒面接觸疲勞強度剛好滿足設(shè) 計要求，但齒根彎曲應(yīng)力遠遠小于許用應(yīng)力，因而又進行了兩種方案 設(shè)計。方案二為：m=2mm、z1=40、z2=120，其齒根彎曲疲勞強度剛 好滿足設(shè)計要求；方案三為：m=2mm、z1=30、z2=90。假設(shè)改進后

11、其 工作條件、載荷系數(shù)K、材料、熱處理硬度、齒寬等條件都不變，問： (1)改進后的方案二、方案三是否可用？為什么？ (2)應(yīng)采用哪個方案更合理？為什么？,,(2) 方案一與方案二相比較，應(yīng)采用方案二更合理，因為在不變 的條件下，齒數(shù)多、模數(shù)小有如下優(yōu)點： 1、重合度，傳動平穩(wěn)； 2、齒高h，滑動系數(shù)，磨損； 3、da，齒輪重量，切削量。,自測題,一、選擇題 1、為了提高齒輪傳動的齒面接觸強度應(yīng)____。 A 、分度圓直徑不變增大模數(shù) B 、增大分度圓直徑 C 、分度圓直徑不變增加齒數(shù) D 、減小齒寬 2、為了提高齒輪齒根彎曲強度應(yīng)________。 A、 增大模數(shù)

12、B 、增大分度圓直徑 C 、增加齒數(shù) D、 減小齒寬 3、一減速齒輪傳動，主動輪1和從動輪2的材料相同，兩輪齒根的彎曲應(yīng)力___。 A 、F1F2 B 、F1

13、的是_____。 A、 提高小齒輪齒面接觸強度 B、 提高小齒輪齒根彎曲強度 C、補償安裝誤差，以保證全齒寬接觸 D、 減少小齒輪載荷分布不均 7、閉式軟齒面齒輪傳動中，小輪齒面硬度與大輪齒面硬度差，應(yīng)取___較為合理。 A 、3050HBS B、 0 C、 <30HBS,自測題,8、對于重要的齒輪傳動，可將齒頂進行修緣，目的是________。 A、 減小齒間載荷分配不均 B、 減小齒向載荷分配不均 C 、減小附加動載荷 9、 對于閉式軟齒面齒輪傳動，在傳動尺寸不變并滿足彎曲疲勞強度的前提下，齒數(shù)宜適當取多些，其目的是____。 A、 提高輪齒的彎曲強

14、度 B 、提高齒面的接觸強度 C 、提高傳動的平穩(wěn)性 10、對于閉式硬齒面齒輪傳動，宜取較少齒數(shù)以增大模數(shù)，其目的是____。 A、 提高齒面接觸強度 B、 減小滑動系數(shù)，提高傳動效率 C 、減小輪齒的切削量 D 、保證輪齒的彎曲強度,自測題,11、圓柱齒輪傳動中，當齒輪直徑不變而減小模數(shù)時，可以_____。 A、提高輪齒的彎曲強度 B、 提高輪齒的接觸強度 C、提高輪齒的靜強度 D、 改善傳動的平穩(wěn)性 12、齒輪傳動中，輪齒齒面的疲勞點蝕破壞，通常首先發(fā)生在___。 A 、接近齒頂處 B、接近齒根處 C、 靠近節(jié)線的齒頂部分 D

15、、靠近節(jié)線的齒根部分,自測題,14、一對相嚙合的齒輪z2z1，b1b2，其接觸應(yīng)力的大小為____。 A、 H1 H2 C 、 H1= H2 D 、 可能相等，也可能不等,15、一般開式齒輪傳動的主要失效形式是。A、齒面膠合 B、齒面疲勞點蝕C、齒面磨損或輪齒疲勞折斷D、輪齒塑性變形,16、高速重載齒輪傳動，當潤滑不良時，最可能出現(xiàn)的失效形式是。A、齒面膠合 B、齒面疲勞點蝕C、齒面磨損 D、輪齒疲勞折斷,17、輪齒彎曲強度計算中齒形系數(shù)與無關(guān)。A、齒數(shù)B、變位系數(shù)C、模數(shù) 18、 直齒圓錐齒輪強度計算中，是以____為計算依據(jù)

16、的。 A、 大端當量直齒圓柱齒輪 B 、平均分度圓處的當量直齒圓柱齒輪 C 、大端分度圓柱齒輪 D、平均分度圓柱齒輪,自測題,二、填空題 1、一般參數(shù)的閉式軟齒面齒輪傳動的主要失效形式是_______。 2、一般參數(shù)的閉式硬齒面齒輪傳動的主要失效形式是_______。 3、高速重載且散熱條件不良的閉式齒輪傳動，其最可能出現(xiàn)的失效形式是___。 4、一般參數(shù)的開式齒輪傳動，其主要失效形式是____。 5、減小動載荷，可采取的措施有____、____、____。 6、在推導(dǎo)輪齒齒根彎曲疲勞應(yīng)力計算公式時，它的計算模型是____，設(shè)計的主要參數(shù)是____，一對齒輪傳動中大、小齒輪的彎曲應(yīng)力____，原因是____。 7、齒輪齒面接觸應(yīng)力公式是在____公式的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的，影響齒面接觸應(yīng)力最主要的幾何參數(shù)是____。一對標準直齒輪傳動，若中心距、傳動比等其他條件不變，僅增大齒數(shù)Z1，而減小模數(shù)m，則齒輪的齒面接觸疲勞強度____。,