《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)2（27頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、9 9、9 9 齒輪傳動(dòng)的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則一、齒輪傳動(dòng)的失效形式一、齒輪傳動(dòng)的失效形式 齒輪傳動(dòng)的失效主要發(fā)生在輪齒。常見的齒輪傳動(dòng)的失效主要發(fā)生在輪齒。常見的失效形式有：失效形式有：輪齒折斷輪齒折斷、齒面磨損齒面磨損、齒面的點(diǎn)齒面的點(diǎn)蝕蝕、齒面膠合齒面膠合和和齒面塑性變形齒面塑性變形。 學(xué)習(xí)輪齒失效形式時(shí)要掌握各種失效的原學(xué)習(xí)輪齒失效形式時(shí)要掌握各種失效的原因、現(xiàn)象、部位和減輕或避免的方法等。因、現(xiàn)象、部位和減輕或避免的方法等。 1.輪齒的折斷：指齒輪的一個(gè)或多個(gè)齒的整體或局部折斷。發(fā)生位置：輪齒根部。（彎曲應(yīng)力大；齒根過(guò)渡圓角處應(yīng)力集中較大）類型： 疲勞折斷輪

2、齒在循環(huán)彎曲應(yīng)力的反復(fù)作用下，受拉的一側(cè)產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展； 過(guò)載折斷輪齒受到短時(shí)過(guò)載或沖擊載荷作用。防止措施：設(shè)計(jì)時(shí)使 加工時(shí)增大齒根圓角半徑。2.齒面磨損：輪齒嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒面間落入砂粒、鐵屑及非金屬物等磨料時(shí)，會(huì)引起齒面磨損。這是開式傳動(dòng)的主要失效形式。可通過(guò)改善潤(rùn)滑和密封條件，提高齒面的硬度，提高抗磨損的能力。FF3.齒面的點(diǎn)蝕：輪齒在嚙合過(guò)程中，齒面接觸處將承受循環(huán)變化的接觸應(yīng)力，在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，輪齒表面將會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則細(xì)線狀的初始疲勞裂紋，在潤(rùn)滑油的滲入及多次擠壓下，使裂紋不斷擴(kuò)張，最終導(dǎo)致齒面金屬脫落而形成麻點(diǎn)狀凹坑，稱為齒面疲勞點(diǎn)蝕。發(fā)生位置：齒根表面靠近節(jié)線處（

3、節(jié)點(diǎn)處，只有一對(duì)齒承載；節(jié)點(diǎn)處，齒面相對(duì)滑移最小，不便形成潤(rùn)滑油膜）類型：收斂性點(diǎn)蝕（發(fā)生在跑合階段) 擴(kuò)展性點(diǎn)蝕（隨應(yīng)力循環(huán)的增加，點(diǎn) 蝕繼續(xù)下去，直至破壞為止）防止措施：設(shè)計(jì)時(shí)使 提高齒面硬度和潤(rùn)滑油粘度，經(jīng)常更換新 油，降低齒面粗糙度。HH4.齒面膠合：相嚙合的輪齒齒面，在一定壓力和溫度作用下，直接接觸發(fā)生粘著，隨著齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使金屬?gòu)凝X面上撕落而引起的一種嚴(yán)重粘著現(xiàn)象。膠合是高速重載、潤(rùn)滑不良的閉式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。發(fā)生位置：齒頂或靠近齒根的齒面上防止措施：采用抗膠合的潤(rùn)滑油； 提高齒面硬度，降低齒面粗糙度。5. 齒面塑性變形：當(dāng)齒面較軟、載荷和摩擦力很大時(shí)，齒面在摩擦力作用

4、下產(chǎn)生塑性變形。二、齒輪傳動(dòng)的計(jì)算準(zhǔn)則 為了保證齒輪在全生命周期內(nèi)不致失效，應(yīng)針對(duì)各種失效建立相應(yīng)的計(jì)算準(zhǔn)則和方法。但是，目前對(duì)于齒面磨損、膠合和塑性變形，尚無(wú)可靠的計(jì)算方法。所以齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，通常只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。 對(duì)于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng) (配對(duì)齒輪之一的硬度350HBS),一般先發(fā)生齒面疲勞點(diǎn)蝕，后發(fā)生輪齒折斷，因此，可先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。2.對(duì)于閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)（配對(duì)齒輪的硬度均350HBS），一般先發(fā)生輪齒折斷，后發(fā)生齒面疲勞點(diǎn)蝕，因此，可先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。3.對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，齒

5、面磨損和輪齒折斷是其主要失效形式。僅按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，將設(shè)計(jì)所得模數(shù)放大10%15%，再取相近的標(biāo)準(zhǔn)值，將磨損的影響考慮進(jìn)去。因磨粒磨損速率遠(yuǎn)比齒面疲勞裂紋擴(kuò)展速率快，即齒面疲勞裂紋還未擴(kuò)展即被磨去，所以一般開式傳動(dòng)齒面不會(huì)出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，故無(wú)需校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。9.10 9.10 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算一、受力分析(圖9-21) 一對(duì)漸開線齒輪嚙合，若略去齒面間的摩擦力，則輪齒間相互作用的法向力Fn的方向始終沿著嚙合線。為了計(jì)算方便，將法向力Fn在節(jié)點(diǎn)P沿齒輪周向和徑向分解為兩個(gè)分力，即圓周力Ft和徑向力Fr。其大小分別為：作用在

6、主動(dòng)輪和從動(dòng)輪上的各力均等值反向。各力方向的判定方法為：1、圓周力Ft在主動(dòng)輪上是阻力，它與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，在從動(dòng)輪上是驅(qū)動(dòng)力，與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同；2、徑向力Fr分別指向各自輪心。3、法向力Fn與表面垂直 cos211tntrtFFtgFFdTF法向力徑向力圓周力二、 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.計(jì)算依據(jù)：一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，輪齒在任一點(diǎn)的接觸可看作是曲率半徑為1 和2 及寬度為b的兩個(gè)圓柱體相互接觸。由彈性力學(xué)的赫茲公式可知，齒面最大接觸應(yīng)力為H=bFE418. 0 由于節(jié)點(diǎn)P處同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)少，兩齒廓相對(duì)滑動(dòng)速度小，不易形成油膜，摩擦力大，故點(diǎn)蝕常發(fā)生在節(jié)點(diǎn)附近，所以，通常以節(jié)點(diǎn)P處計(jì)算齒輪的

7、接觸應(yīng)力。2、 計(jì)算公式。 對(duì)于一對(duì)鋼制齒輪，齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式為 校核公式 HHKTbdii670111231211)670(iiKTddH設(shè)計(jì)公式 式中， T1是小齒輪的轉(zhuǎn)矩；b是齒輪的齒寬，其值最好圓整為尾數(shù)是0或5的整數(shù)（為便于裝配，一般取小齒輪比大齒輪寬510mm）； H是許用接觸應(yīng)力；d是齒寬系數(shù)，d值大時(shí)b值也大，齒輪承載能力高，但b過(guò)大，會(huì)引起載荷沿齒寬分布不均而產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致輪齒折斷，故d取值應(yīng)適當(dāng)。 當(dāng)配對(duì)齒輪材料改變時(shí)，式中系數(shù)670應(yīng)改變替換值（鋼-灰鑄鐵取580，鋼-球墨鑄鐵取640，灰鑄鐵-灰鑄鐵取516）。而許用接觸應(yīng)力H1、H2分別與齒輪的材料、熱處理和

8、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)，一般不相等，因此，代入公式的H值應(yīng)取H1和H2中的小值，通常取大齒輪的H2。 一對(duì)嚙合齒輪，在嚙合處的接觸應(yīng)力值相等，即H1= H2 。9、11 直齒圓柱齒輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.計(jì)算依據(jù)：輪齒可視為懸臂梁，齒根危險(xiǎn)截面，可用切線法確定，為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定全部載荷 都作用于齒頂。2. 計(jì)算公式：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式為 校核公式 2111122mbzYKTmbdYKTFFFF mKTzYdFF21123 設(shè)計(jì)公式由于大、小齒輪的齒數(shù)不等，故它們的齒形系數(shù)、彎曲應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力也不相等，所以當(dāng)計(jì)算模數(shù)時(shí)，應(yīng)取 ,max2211FFFFFFYYY 代入設(shè)計(jì)公式，這樣可使大

9、、小齒輪的彎曲強(qiáng)度均得到滿足。 求得的模數(shù)應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。對(duì)于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，在滿足彎曲強(qiáng)度的條件下，應(yīng)取較多的齒數(shù)z1和較小模數(shù)，這樣可以增大重合度，改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性，還可以節(jié)省制造費(fèi)用，一般 z1=2040。對(duì)于閉式硬齒面齒輪和開式齒輪傳動(dòng)，為保證輪齒具有足夠的彎曲強(qiáng)度，宜取較小的齒數(shù)z1和較大的模數(shù)，一般取 z1=1720。3、齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算的主要內(nèi)容 通常已知傳動(dòng)的工作情況，傳遞功率P，轉(zhuǎn)速n，傳動(dòng)比i；待定參數(shù)為材料及熱處理方法，齒面硬度，z1、z2、m、a、d1、d2、b等。 主要內(nèi)容包括： 確定材料熱處理及許用應(yīng)力； 分析失效形式，確定設(shè)計(jì)公式； 代入相關(guān)已知條件，初選有

10、關(guān)參數(shù)，求出需要計(jì)算的數(shù)值； 協(xié)調(diào)相關(guān)參數(shù)，確定設(shè)計(jì)結(jié)果。齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)思路齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)思路閉式傳動(dòng) 軟齒面失效形式多為點(diǎn)蝕，一般先按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后校核齒根彎曲強(qiáng)度硬齒面失效形式多為輪齒折斷，應(yīng)先按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核齒面接觸強(qiáng)度 開式傳動(dòng) 失效形式多為齒面磨損和輪齒折斷。由于磨損無(wú)成熟的計(jì)算方法，為防止斷齒，按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算，并將模數(shù)m放大10%20%以考慮磨損的影響 9、12 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)一、 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 斜齒圓柱齒輪的輪齒方向不與軸線平行，因此，在進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，接觸線由短逐漸變長(zhǎng)，又逐漸短。這一嚙合特點(diǎn)改變了直齒輪突然進(jìn)入及突然退出嚙

11、合的缺點(diǎn)，因此，提高了傳動(dòng)的平穩(wěn)性和承載能力，在速、重載齒輪傳動(dòng)中應(yīng)用廣泛。 斜齒輪的主要缺點(diǎn)是在傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力，這對(duì)軸和軸承的受力不利。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，通常取分度圓柱上的螺旋角= 8o20o。(a) 齒廓的形成 （b）齒面接觸線二、斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算二、斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算 1、基本參數(shù)。 斜齒圓柱齒輪的齒形有法面和端面之分。法面參數(shù)與刀具參數(shù)相同，故為標(biāo)準(zhǔn)值；端面參數(shù)用于計(jì)算斜齒輪的幾何尺寸，端面與法面參數(shù)分別用下腳標(biāo)t 和n 表示。 法面齒距pn與端面齒距pt的關(guān)系為：pn=ptcos（P134-圖7-25） 法向模數(shù)與端面模數(shù)的關(guān)系為：mn=mtc

12、os。 （P134） 斜齒輪法向壓力角 n與端面壓力角 t之間的關(guān)系為： tant=tann / cos。 （P134-圖7-26） 斜齒輪的齒高無(wú)論從端面或法面看都是相同的，即 ha=h*anmn=h*atmt hf=(h*an+c*n)mn=(h*at+c*t)mt 2、一對(duì)斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)的正確嚙合條件為 端面模數(shù)和端面壓力角也分別相等，即mt1=mt2， t1= t2，但不是標(biāo)準(zhǔn)值。212121nnnnnnmmm3、幾何尺寸計(jì)算。 由于斜齒輪在端面上相當(dāng)于直齒輪，故斜齒輪的幾何尺寸計(jì)算，只需將端面參數(shù)代入直齒輪的尺寸計(jì)算公式即可。 分度圓直徑： d=mz=mnz/cos 齒頂圓直徑：

13、 da=d+2mn 齒根圓直徑： df=d-2.5mn 標(biāo)準(zhǔn)中心距： a=(d1+d2)/2=(z1+z2)mn/2/cos三、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的重合度三、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的重合度 由于斜齒輪的輪齒與輪軸方向成一傾斜角，所以使齒輪傳動(dòng)的嚙合弧增大了e=btan一段，與斜齒輪端面齒廓相同的直齒圓柱齒輪的重合度為，則斜齒輪的重合度為ntpbpbsintan四、斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒數(shù)和最少齒數(shù)四、斜齒圓柱齒輪的當(dāng)量齒數(shù)和最少齒數(shù)1.當(dāng)量齒數(shù)。斜齒輪分度圓柱法面橢圓上齒廓的任一點(diǎn)的曲率半徑為分度圓半徑，直齒輪的齒形與斜齒輪的法向齒形近似的直齒圓柱齒輪，稱為斜齒輪的當(dāng)量齒輪，其齒數(shù)稱為當(dāng)量齒數(shù)，用zv表

14、示。表示。332coscoscos2zpzmpdpzttnnv2. 斜齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù) 可由其當(dāng)量齒輪的最少齒數(shù) 求得，即zzvminmincos39、13 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、受力分析(圖9-31)。 斜齒圓柱齒輪輪齒上的法向力 可分解為圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa，其大小分別為tgFFtgFFdTFtatrt軸向力徑向力圓周力cos211作用在主動(dòng)輪與從動(dòng)輪上的各力均對(duì)應(yīng)等值反向。各力的方向：圓周力Ft和徑向力Fr方向的判別方法與直齒圓柱齒輪相同；軸向力Fa沿齒輪軸線方向，主動(dòng)輪用（右）手規(guī)則判別，即左旋用左手，右旋用右手，四指表示轉(zhuǎn)向，姆

15、指指向?yàn)镕a的方向。二、 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算。 斜齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算的基本原理與直齒輪相同，其強(qiáng)度計(jì)算公式是按輪齒的法面并考慮斜齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)（重合度大、接觸線較長(zhǎng)等），經(jīng)推導(dǎo)得出的。1. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 一對(duì)鋼制標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度公式校核公式設(shè)計(jì)公式HHKTbdii6101112dKT iiHd12136101()當(dāng)配對(duì)齒輪材料改變時(shí)，式中系數(shù)610的值替換。2、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 校核公式FFnFnFKTYbm dKTYbm z161611121.cos mKTYznFdF1612123.cos 式中，各符號(hào)的含意與直齒圓柱齒輪相同，其中齒形系數(shù)YF按斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)zv查得；為分度圓螺旋角。設(shè)計(jì)公式