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齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)2

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《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頁珍藏版)》請?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; 過載折斷輪齒受到短時(shí)過載或沖擊載荷作用。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??赏ㄟ^改善潤滑和密封條件,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,只有一對齒承載;節(jié)點(diǎn)處,齒面相對滑移最小,不便形成潤滑油膜)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,隨著齒面的相對運(yùn)動(dòng),使金屬從齒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)針對各種失效建立相應(yīng)的計(jì)算準(zhǔn)則和方法。但是,目前對于齒面磨損、膠合和塑性變形,尚無可靠的計(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。 對于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng) (配對齒輪之一的硬度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.對于閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)(配對齒輪的硬度均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)嚙合的齒對數(shù)少,兩齒廓相對滑動(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。 對于一對鋼制齒輪,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,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、接觸線較長等),經(jīng)推導(dǎo)得出的。1. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 一對鋼制標(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

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