湖南大学机械设计课件第10章

第十章 齿轮传动

(一)教学要求

1、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

2、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 3、掌握斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮受力分析和强度计算方法 4、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

1、 轮齿主要失效形式,载荷系数,材料与热处理 2、 齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算

3、 斜齿轮和锯齿轮受力分析和强度计算的特点,当量齿轮 4、 变位齿轮强度计算的特点

(三)教学内容

§10-1 概述

最为常用,属啮合传动 一、特点

? 传动比恒定 ? 传递动力大(可达几万KW) 优? 速度高 (可达150m/s~300m/s) 点? 效率高(一般η=0.94~0.99) ? 结构紧凑 (齿轮直径可达1m~150m以上) ? 工作可靠,寿命长

缺? 制造及安装精度要求较高 点 ? 不适合中心距较大处(否则结构很大)

二、分类

直齿 圆柱齿轮传动斜齿

人字齿

直齿

按两轮轴的相对位置分为 圆锥齿轮传动 斜齿 圆弧齿

螺旋齿轮传动

-------只能传递小功率 蜗杆传动

按工作情况分为

开式齿轮传动

闭式齿轮传动

低速传动 (ν< 3 m/s) 按圆周速度分为 中速传动 (ν= 3~15 m/s) 高速传动 (ν> 15 m/s) 1

§10-2 轮齿失效形式及设计准则

一、轮齿失效形式

过载折断

轮齿折断——发生在根部,分为 疲劳折断 齿面磨损——开式传动常发生(落入杂质)。

主齿面点蚀——局部金属微粒剥落下来,形成疲劳点蚀。 要有首先出现在齿根表面靠近节线处; 五主要与齿面硬度有关(越高抗点蚀能力越强)。 种 ——瞬时局部温度过高而粘连,结果被撕裂。 齿面胶合

塑性变形——较软的轮齿受重载产生塑性变形,使齿廓不正确。

可用↑硬度,选高粘度润滑油的方法改善。

二、设计准则

齿根弯曲疲劳强度σF

目前一般按 进行计算。

齿面接触疲劳强度σH

各种具体情况的齿轮设计采用何原则——详见相关书籍。

先按齿面接触疲劳强度设计

闭式软齿面——齿面点蚀是主要失效形式,应

再按齿根弯曲疲劳强度校核

先按齿根弯曲疲劳强度设计

闭式硬齿面——齿根折断是常见失效形式,应

再按齿面接触疲劳强度校核 先按齿根弯曲疲劳强度确定m值;

开式齿轮传动——常为齿面磨损,可 再将m增大10~20%;

无须校核接触强度。

≤350HBS称为软齿面,>350HBS称为硬齿面

选择齿轮材料总体上要考虑防止产生——齿面失效

轮齿折断

齿轮材料及热处理的的基本要求 :里韧外硬

一、常用材料及热处理

§10-3 齿轮材料及选择原则

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? 可用优质碳钢、合金结构钢、铸钢、铸铁等。 ? 毛坯多用锻件或轧制型材。

? d > 400~600 mm、且不易锻时,可用铸钢。 ? 开式低速传动可用铸铁。 1、锻钢

大多数齿轮用,因强度高、韧性好、便于制造及热处理。 1)、软齿面齿轮

◆ ≤350HBS,适合于对精度、强度和速度要求不高的齿轮传动。 ◆ 常用中碳钢和中碳合金钢——如45、40Cr、35SiMn等。 ◆ 热处理——调质或正火。

◆ 小齿轮齿面比大齿轮齿面高30~50HBS。 2)、硬齿面齿轮

≥350HBS——是发展趋势,适合于高速、重载及精密机械(如精密机床、航空发动机等)。

方案一: ★ 常用中碳钢和中碳合金钢——如45、40Cr、35SiMn等。

★ 热处理——表面淬火。 ★ 硬度达到40~45HRC。

方案二: ★ 也可用低碳钢和低碳合金钢——如20、20Cr、20CrMnTi等。 ★ 热处理——渗碳淬火(后须磨齿,若不便磨齿则改用氮化)。

★ 硬度达56~62HRC。

2、铸钢

尺寸>400~600mm、不便锻造时用。 热处理方法——正火(细化晶粒)。 3、铸铁

低速、轻载时用。

注意考虑采用球墨铸铁。

优点:铸铁的加工性能、抗点蚀、抗胶合性能均较好。 缺点:只是强度低、耐磨性、抗冲击性差。 4、非金属材料

如夹布塑料、尼龙等,一般用途,轻微载荷时用。

二、材料选择原则

1、保证满足工作条件的要求——强度、硬度、韧性、功率、可靠性、粉尘、速度、噪声、

平稳性等。

2、考虑齿轮尺寸——大——用铸造方法 中——用锻造方法

3、热处理改善性能——正火碳钢——用于载荷平稳,轻度冲击处 调质碳钢——用于中等冲击载荷齿轮 4、合金钢——高速、重载、冲击时工作的齿轮。

5、飞行器中齿轮——要求尺寸小,应选高强度合金钢。 6、配对两齿轮齿面硬度差应保持在30~50HBS以上。 原因:1)小齿轮齿根强度较弱;

2)小齿轮的应力循环次数较多。

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