文档介绍：齿轮传动
(一)教学要求
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
(二)教学的重点与难点
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
斜齿轮和锯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
(三)教学内容
§9—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
§9—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:,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(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(),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所示
形式:滚压塑变——材料塑性流动方向与齿面受摩擦力方向一致,图9-6
锤击塑变——由冲击引起的齿面塑性变形,其特征是齿面上形成浅沟槽
防止措施:1)提高齿面硬度;2)采用高粘度的润滑油或加极压添加剂。
二、设计准则
主要失效形式设计准则
闭式软齿面齿轮传动齿面疲劳点蚀齿面接触疲劳强度准则
闭式硬齿面齿轮传动齿根弯曲疲劳折断齿