河科大機(jī)械零件教案第10章 齒輪傳動(dòng)

河北科技大學(xué)教案用紙PAGEPAGE12第15次課2學(xué)時(shí)上次課復(fù)習(xí)：鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)特性；鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算本次課題（或教材章節(jié)題目）：第10章齒輪傳動(dòng)§1～4失效、材料及計(jì)算載荷等教學(xué)要求：1）掌握齒輪傳動(dòng)的失效；2）掌握齒輪傳動(dòng)的材料及計(jì)算載荷等；重點(diǎn)：齒輪傳動(dòng)的失效難點(diǎn)：計(jì)算載荷教學(xué)手段及教具：多媒體或課堂講授講授內(nèi)容及時(shí)間分配：1）齒輪傳動(dòng)的失效；30分鐘 2）齒輪傳動(dòng)的材料;15分鐘3)計(jì)算載荷等。45分鐘課后作業(yè)參考資料《機(jī)械設(shè)計(jì)》談家禎主編中國標(biāo)準(zhǔn)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)》董剛主編機(jī)械工業(yè)出版社注：本頁為每次課教案首頁第十章齒輪傳動(dòng)§10-1概述（與帶和鏈傳動(dòng)相比）１．齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)（與帶和鏈傳動(dòng)相比）缺點(diǎn)：1）有振動(dòng)、沖擊和噪聲；缺點(diǎn)：1）有振動(dòng)、沖擊和噪聲；2）無過載保護(hù)3）制造與安裝精度高；4）須用專門設(shè)備制造。2）工作速度高；3）傳動(dòng)效率高；4）傳動(dòng)比恒定；5）壽命長(zhǎng)；6）工作可靠；7）結(jié)構(gòu)緊湊等。２．齒輪傳動(dòng)的分類⑴按工作條件分類閉式齒輪傳動(dòng)、開式齒輪傳動(dòng)、半開式齒輪傳動(dòng)⑵按齒輪齒面硬度分類軟齒面齒輪、硬齒面齒輪§10-2齒輪傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（一）齒輪傳動(dòng)失效形式輪齒常見失效形式：⒈齒體失效：⑴輪齒折斷；⑵齒體塑性變形⒉齒面失效：⑴齒面接觸疲勞磨損（又稱疲勞點(diǎn)蝕）；⑵齒面膠合；⑶齒面磨損；⑷齒面塑性變形①不同行業(yè)對(duì)齒輪傳動(dòng)的失效都有不同的判據(jù)。②一般齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒，輪緣、輪幅和輪轂等部位很少失效。1、輪齒折斷疲勞折斷發(fā)生場(chǎng)合：閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)、鑄鐵齒輪傳動(dòng)、開式齒輪傳動(dòng)防止措施：1）增大齒根過渡曲線的曲率半徑；2）降低齒根表面粗糙度，對(duì)齒根進(jìn)行噴丸或碾壓強(qiáng)化處理；3）選用韌性較好的材料；4）采用合理的變位。2、齒面磨損產(chǎn)生原因：磨料磨損，使齒面出現(xiàn)沿滑動(dòng)方向的相互平行的淺劃痕防止措施：1）提高表面硬度；2）降低表面粗糙度；3）開式傳動(dòng)加防護(hù)罩；4）加強(qiáng)潤滑；5）閉式傳動(dòng)在傳動(dòng)跑合后更換潤滑油；6）采用變位齒輪傳動(dòng)，以降低滑動(dòng)率。3、齒面接觸疲勞磨損（又稱疲勞點(diǎn)蝕）產(chǎn)生原因：疲勞點(diǎn)蝕有兩類：a)收斂性點(diǎn)蝕；b)擴(kuò)展性點(diǎn)蝕。齒面疲勞點(diǎn)蝕通常首先發(fā)生在節(jié)線附近靠近齒根處。齒面接觸處接觸應(yīng)力反復(fù)作用。防止措施：1）提高齒面硬度；2）降低齒面粗糙度；3）采用變位齒輪；4）采用黏度較大的潤滑油。4、齒面膠合產(chǎn)生原因：高速重載齒輪傳動(dòng)防止措施：1）采用角變位齒輪傳動(dòng)；2）提高齒面硬度；3）降低表面粗糙度；4）選用抗膠合性能好的齒輪副材料；5）采用粘度較大或加入具有抗膠合性能的極壓添加劑的潤滑油等。5、齒面塑性變形產(chǎn)生原因：齒面硬度低，在齒面間較大壓力和滑動(dòng)摩擦力大，使齒面材料屈服而發(fā)生塑性流動(dòng)所致。多發(fā)生在低速重載的軟齒面齒輪傳動(dòng)中。防止措施：1）提高齒面硬度；2）高粘度的潤滑油；3）盡量避免頻繁啟動(dòng)，減小過載。二、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則閉式齒輪傳動(dòng)：1）軟齒面齒輪傳動(dòng)或小齒輪硬齒面大齒輪軟齒面：按齒面疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，校核齒根彎曲疲老強(qiáng)度。2）硬齒面齒輪傳動(dòng)：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度開式齒輪傳動(dòng)：只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后將計(jì)算的模數(shù)增大5%～15%?！?0-3齒輪材料及其選擇對(duì)齒輪材料性能的要求：齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。一、齒輪常用材料與熱處理1、鋼軟齒面齒輪：軟齒面齒輪的硬度低，承載能力受到限制，但其成本低、易加工制造。此類齒輪一般是先熱處理，后進(jìn)行切齒加工。工藝過程：輪坯→正火或調(diào)質(zhì)→切齒→7、8級(jí)硬齒面齒輪：硬齒面齒輪硬度大，承載能力大，抗點(diǎn)蝕、膠合、磨損等性能好。在相同載荷條件下，尺寸比軟齒面齒輪小的多；但成本較高。工藝過程：輪坯→切齒→表面硬化→磨齒2、鑄鐵灰鑄鐵：鑄造、切削性能好，成本低，耐磨、抗膠合、抗震性能好，且噪聲低。多在開式或低速、強(qiáng)度要求較低的傳動(dòng)中應(yīng)用。球墨鑄鐵：具有較高的強(qiáng)度、一定的塑性和韌性，研究表明高強(qiáng)度釩鈦球鐵比優(yōu)質(zhì)碳素鋼具有更好的抗磨和耐疲勞性能，輪齒彎曲強(qiáng)度也較高。3、銅合金及非金屬材料銅合金主要用于高溫或耐腐蝕性要求較高的場(chǎng)合；也用于精密儀器中強(qiáng)度、耐磨性要求較高的齒輪。主要有夾布膠木、尼龍等工程塑料；多用于高速輕載傳動(dòng)。該類材料具有重量輕、減震性好、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。但須注意，一對(duì)齒輪中只能一個(gè)采用非金屬材料。二、齒輪材料的選擇原則基本原則：在考慮齒輪可能出現(xiàn)的失效形式和保證承載能力的前提下，綜合考慮其工藝性（毛坯種類、熱處理方法和切齒加工條件等）和經(jīng)濟(jì)性（包括制造與使用兩方面的經(jīng)濟(jì)性）。注意問題：為減小膠合的危險(xiǎn)，并使大小齒輪具有相近的壽命，選擇配對(duì)齒輪材料與熱處理方法時(shí)，一方面大、小齒輪應(yīng)盡可能選擇不同材料或選用相同材料而熱處理方法不同，并使二齒輪具有一定的硬度差，一般應(yīng)使小齒輪較大齒輪硬度高20HBS～50HBS為宜。在該范圍內(nèi)，傳動(dòng)的齒數(shù)比越大，硬度差也越大；當(dāng)齒數(shù)比大于5時(shí)，也可采用硬齒面小齒輪和軟齒面大齒輪的配對(duì)方式?！?0～4圓柱齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷接觸線單位長(zhǎng)度上的最大載荷為：K為載荷系數(shù)，其值為：K＝KAKvKαKβ1、使用系數(shù)KA：①物理意義考慮齒輪系統(tǒng)外部因素引起的附加動(dòng)載荷影響系數(shù)；②影響動(dòng)載荷大小的因素主要取決于動(dòng)力機(jī)、工作機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性、聯(lián)軸器類型、緩沖性能等；③取值方法參考表10－2。2、動(dòng)載系數(shù)Kv：①物理意義考慮齒輪副制造、安裝及嚙合過程中因誤差和運(yùn)動(dòng)速度而引起的內(nèi)部附加動(dòng)載荷的影響系數(shù)；②動(dòng)載荷產(chǎn)生的原因及影響因素a)齒輪傳動(dòng)的制造、安裝誤差及輪齒嚙合受載變形；b)嚙合齒對(duì)剛度的變化。3、齒間載荷分配系數(shù)Ka：①物理意義：考慮同時(shí)嚙合的各齒對(duì)間載荷分配不均勻性的影響而引入的系數(shù)；②產(chǎn)生原因及影響因素：齒間載荷分配不均的產(chǎn)生主要是由齒輪傳動(dòng)的基節(jié)誤差和嚙合過程中的綜合剛度變化等引起；主要影響因素為輪齒嚙合剛度、基圓齒距誤差、修緣量、跑合量等。③取值方法一般不需要精確計(jì)算的齒輪和b≤30°的斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)可根據(jù)其精度等級(jí)由表9-10查取。③減小動(dòng)載荷的措施：采用修緣齒，即將輪齒的齒頂?shù)囊恍〔糠铸X廓曲線修成壓力角a>20°的漸開線；但應(yīng)特別注意的是，修緣量不可過大，否則會(huì)因重合度減小過多，致使動(dòng)載荷不一定就相應(yīng)減小，因此修緣量的選擇應(yīng)適當(dāng)。④動(dòng)載系數(shù)取值方法：一般齒輪傳動(dòng)可參考圖9－6、根據(jù)齒輪精度等級(jí)進(jìn)行選擇。精密齒輪按GB/T3480－1998的相應(yīng)方法確定。4、齒向載荷分布系數(shù)Kb：①物理意義考慮工作載荷沿齒輪接觸線方向分布不均勻性的影響系數(shù)；②產(chǎn)生原因及影響因素齒輪傳動(dòng)工作時(shí)，由于軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形、軸承的彈性位移以及傳動(dòng)裝置的制造和安裝誤差等原因，導(dǎo)致齒輪副相互傾斜及輪齒扭曲，最終造成輪齒沿接觸線產(chǎn)生載荷分布的不均勻。其影響因素主要有齒輪在軸上位置的安排、軸承及支座的剛度等因素。③減小載荷分布不均的措施a)增大軸、軸承及支座的剛度；b)合理布置齒輪在軸上的位置；c)選擇合理的齒輪寬度；d)提高齒輪傳動(dòng)的制造和安裝精度；e)在一對(duì)齒輪中把一個(gè)齒輪的輪齒制作成鼓形齒等。④取值方法按圖9-8選取。第16次課2學(xué)時(shí)上次課復(fù)習(xí)：失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則本次課題（或教材章節(jié)題目）：§5標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算教學(xué)要求：1）掌握受力分析；2）掌握強(qiáng)度計(jì)算要點(diǎn)。重點(diǎn)：難點(diǎn)：教學(xué)手段及教具：多媒體或課堂講授講授內(nèi)容及時(shí)間分配：1）受力分析；35分鐘 2）強(qiáng)度計(jì)算要點(diǎn)。5５分鐘課后作業(yè)參考資料《機(jī)械設(shè)計(jì)》談家禎主編中國標(biāo)準(zhǔn)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)》董剛主編機(jī)械工業(yè)出版社注：本頁為每次課教案首頁§10～5標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、輪齒的受力分析力的大?。毫Φ姆较颍簣A周力的方向：主動(dòng)輪與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，從動(dòng)輪與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同；徑向力的方向：外齒輪指向其各自的圓心；對(duì)于內(nèi)齒輪指向遠(yuǎn)離其圓心的方向；二、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件：防止輪齒疲勞折斷的強(qiáng)度條件為：sF≤[sF]最大彎曲應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)：齒頂處為應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)危險(xiǎn)截面的確定：由光彈應(yīng)力分析及實(shí)踐證明，在眾多的危險(xiǎn)截面確定方法中，實(shí)際危險(xiǎn)截面與霍德的30°切線法所得的截面位置最為接近，而且它不因載荷位置的變化而變化。故確定以此截面的計(jì)算應(yīng)力為準(zhǔn)。于是可得其力臂hF和齒根厚度SF。校核公式：計(jì)算公式：幾點(diǎn)說明：1、i≠1，σF1≠σF2；2、材料、熱處理不完全相同時(shí)[σF]1≠[σF]2；3、σF1≤[σF]1，σF2≤[σF]2；4、主要參數(shù)m，計(jì)算時(shí)取兩者中大者；5、模數(shù)越大，輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度越高；二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件：防止齒輪齒面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕的強(qiáng)度條件為：sH≤[sH]危險(xiǎn)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)校核公式：計(jì)算公式：幾點(diǎn)說明：1、σH1=σH2；2、材料、熱處理不完全相同時(shí)[σH]1≠[σH]2；3、取[σH]1、[σH]2二者中小者作強(qiáng)度校核計(jì)算；4、主要參數(shù)d1（或中心距a）；5、中心距越大，齒面接觸疲勞強(qiáng)度越高。第17次課2學(xué)時(shí)上次課復(fù)習(xí)：強(qiáng)度計(jì)算要點(diǎn)本次課題（或教材章節(jié)題目）：§6～7許用應(yīng)力等、斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算教學(xué)要求：1）掌握許用應(yīng)力等；2）掌握斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算。重點(diǎn)：斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算難點(diǎn)：教學(xué)手段及教具：多媒體課堂講授講授內(nèi)容及時(shí)間分配：1）許用應(yīng)力等；35分鐘 2）強(qiáng)度計(jì)算要點(diǎn)。5５分鐘課后作業(yè)10-2410-25參考資料《機(jī)械設(shè)計(jì)》談家禎主編中國標(biāo)準(zhǔn)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)》董剛主編機(jī)械工業(yè)出版社注：本頁為每次課教案首頁§10～6齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇一、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇1．壓力角a的選擇一般情況下取a=20°2．齒數(shù)的選擇當(dāng)d1已按接觸疲勞強(qiáng)度確定時(shí)，則有：z1↑：m↓、齒高h(yuǎn)↓、減小切削量、減小滑動(dòng)率，抗彎曲疲勞強(qiáng)度降低重合度e↑、→傳動(dòng)平穩(wěn)因此，在保證彎曲疲勞強(qiáng)度的前提下，齒數(shù)選得多一些好！一般情況下，閉式齒輪傳動(dòng):z1=20~40開式齒輪傳動(dòng):z1=17~20z2=uz13．齒寬系數(shù)fd的選擇fd↑→齒寬b↑→有利于提高強(qiáng)度，但fd過大將導(dǎo)致Kβ↑二、齒輪傳動(dòng)的許用應(yīng)力彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：S=SF=1.25~1.50；σlim＝σFE；KN=KFN；接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：S=SH=1.0；σlim＝σHlim；KN=KHN。三、齒輪精度等級(jí)的選擇齒輪精度共分12級(jí)，1級(jí)精度最高，第12級(jí)精度最低。精度選擇是以傳動(dòng)的用途，使用條件，傳遞功率，圓周速度等為依據(jù)來確定?！?0-7斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的承載能力計(jì)算一、斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析力的作用點(diǎn)：輪齒的節(jié)圓上徑向力Fr：指向各自的輪心。軸向力Fa：在主動(dòng)輪上采用左、右手法則進(jìn)行判斷。二、計(jì)算載荷三、齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式強(qiáng)度條件：防止輪齒疲勞折斷的強(qiáng)度條件為：sF≤[sF]最大彎曲應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)：齒頂處為應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)校核公式：計(jì)算公式：幾點(diǎn)說明：1、i≠1，σF1≠σF2；2、材料、熱處理不完全相同時(shí)[σF]1≠[σF]2；3、σF1≤[σF]1，σF2≤[σF]2；4、主要參數(shù)m，計(jì)算時(shí)取兩者中大者；5、模數(shù)越大，輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度越高；四、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式強(qiáng)度條件：防止齒輪齒面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕的強(qiáng)度條件為：sH≤[sH]危險(xiǎn)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)校核公式：計(jì)算公式：幾點(diǎn)說明：1、σH1=σH2；2、材料、熱處理不完全相同時(shí)[σH]1≠[σH]2；3、取[σH]1、[σH]2二者中小者作強(qiáng)度校核計(jì)算；4、主要參數(shù)d1（或中心距a）；5、中心距越大，齒面接觸疲勞強(qiáng)度越高。1、斜齒輪的[σ]H：斜齒輪接觸線的強(qiáng)度取決于大、小齒輪。1）當(dāng)[σ]H>1.23[σ]H2時(shí)，[σ]H=1.23[σ]H2；[σ]H2為較軟齒面的許用接觸應(yīng)力。2）其它情況取σ]H=([σ]H1+[σ]H2)/2。2、螺旋角b的選擇：螺旋角b太小，相對(duì)直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)性能改善不明顯；螺旋角b太大則軸先力較大，對(duì)軸和軸承的工作不利，還會(huì)增大軸及軸承尺寸。因此，對(duì)于斜齒輪一般取b＝8°～15°；對(duì)于認(rèn)字齒輪可取大一些，b＝25°～35°。第18次課2學(xué)時(shí)上次課復(fù)習(xí)：斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算要點(diǎn)本次課題（或教材章節(jié)題目）：§8～12直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算教學(xué)要求：1）掌握受力分析；2）掌握直齒圓錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算。重點(diǎn)：受力分析、強(qiáng)度計(jì)算難點(diǎn)：受力分析教學(xué)手段及教具：多媒體或課堂講授講授內(nèi)容及時(shí)間分配：1）受力分析；55分鐘 2）強(qiáng)度計(jì)算要點(diǎn)。3５分鐘課后作業(yè)10-3610-38參考資料《機(jī)械設(shè)計(jì)》談家禎主編中國標(biāo)準(zhǔn)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)》董剛主編機(jī)械工業(yè)出版社注：本頁為每次課教案首頁§10-8標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算一、設(shè)計(jì)參數(shù)直齒錐齒輪傳動(dòng)是以大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，是以錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪作為計(jì)算時(shí)的依據(jù)。二、直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的受力分析力的作用點(diǎn)：齒寬中點(diǎn)節(jié)線處力的方向：1）圓周力與徑向力與圓柱齒輪相同；2）其軸向力分別指向各自大端；3）Ft1＝-Ft2,Fr1=-Fa2,Fa1=-Fr2。三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算直齒錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度可近似地按齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪進(jìn)行計(jì)算。采用直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算公式，并代入當(dāng)量齒輪的相應(yīng)參數(shù)，得直齒錐齒輪彎曲強(qiáng)度校核式和設(shè)計(jì)式如下：校核公式：計(jì)算公式：上式中載荷系數(shù)K=KAKVKαKβ。KAKV取法與前者相同，KFα、KHα可取1，而KFβ＝KHβ＝1.5KHβbe。KHβbe為軸承系數(shù)，與齒輪的支承方式有關(guān)，表10-9。四、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算校核公式：計(jì)算公式：§10-10齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)⒈齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求與影響因素齒輪設(shè)計(jì)除需進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算外，還需要進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以決定齒輪輪緣、輪輻或輻板和輪轂的形狀與尺寸。要