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第7章 齿轮传动教学目标:了解齿轮传动的失效形式及设计准则; 了解齿轮材料及选用原则; 能够计算齿轮传动的计算载荷; 能够进行标准直齿圆柱齿轮的受力分析。教学重点: 1.齿轮传动的失效形式及设计准则; 2.标准直齿圆柱齿轮的受力分析。 教学难点:标准直齿圆柱齿轮的受力分析。,一、齿轮传动的特点 (1)适用的圆周速度和功率范围广; (2)传动效率高; (3)传动比稳定; (4)工作可靠,寿命较长; (5)可实现任意轴之间的传动。 2、缺点:(1)要求较高的制造和安装精度,成本高; (2)不适宜于远距离两轴之间的传动。,第一节 概述,1、优点:,二、齿轮传动的分类,按齿轮类型分:直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动 锥齿轮传动,按装置形式分:开式传动、半开式传动、闭式传动。,按使用情况分:动力齿轮以动力传输为主,常为高速重载 或低速重载传动。 传动齿轮以运动准确为主,一般为轻载高精度传动。,按齿面硬度分:软齿面齿轮(齿面硬度350HBS或38HRS),硬齿面齿轮(齿面硬度350HBS或38HRS),1.轮齿折断,第二节 齿轮传动的失效形式及设计准则,一、齿轮的失效形式,1.轮齿折断:折断发生在齿根处 1)过载折断(淬火钢和铸铁齿轮常见的失效形式); 2)疲劳折断。 采取措施: 1)材料及热处理; 2)增大模数; 3)增大齿根圆角半径消除刀痕; 4)喷丸、滚压处理; 5)增大轴及支承刚度。,2.齿面点蚀:轮齿接触表面在变化的接触应力作用下,由于疲劳而产生的麻点剥蚀损伤现象,开始是针尖大小麻点,逐渐扩展连成片状。点蚀一般首先出现在齿根靠近节线处,再向其它部位扩展。,主要措施:提高齿面硬度;降低齿面粗糙度;增大润滑油粘度;采用合理变位。,形成原因: 轮齿在节圆附近一对齿受力,载荷大;滑动速度低形成油膜条件差;接触疲劳产生麻点 。,3.齿面磨损,主要措施:采用闭式传动;提高齿面硬度;降低齿面粗糙度;采用清洁的润滑油。,原因:相对滑动;润滑不良;存在杂质。,4.齿面胶合:齿面粘连后撕脱,防止胶合的措施:提高齿面硬度;降低齿面粗糙度;增大润滑油粘度;限制油温。,原因:高速重载;滑动速度大;散热不良;齿面金属熔化粘连后撕脱热胶合 低速重载,由于齿面间油膜破坏,也会出现胶合冷胶合,5.塑性变形,措施:提高齿面硬度;增大润滑油粘度。,原因:重载,齿面软,二.齿轮传动设计准则,1、对于闭式齿轮传动:,对高速重载齿轮传动,除以上两设计准则外,还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。,1)软齿面(350HBS)齿轮主要失效形式是齿面点蚀,故可按齿面接触疲劳强度设计计算,按齿根弯曲疲劳强度校核.,2)硬齿面(350HBS)或铸铁齿轮,由于抗点蚀能力较高,轮齿折断的可能性较大,故可按齿根弯曲疲劳强度设计计算,按齿面接触疲劳强度校核。,2、对于开式齿轮传动,齿面磨损为其主要失效形式,故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算,确定齿轮的模数,考虑磨损因素,再将模数增大10%20%。,齿面要硬、齿芯要韧,即: (1)齿面应有足够的硬度,以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等; (2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性,以抵抗齿根折断和冲击载荷; (3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能,使之便于加工且便于提高其力学性能。,一、齿轮材料的基本要求,第三节 齿轮的材料及其选用原则,1锻钢 锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点,大多数齿轮都用锻钢制造。,(1)软齿面齿轮:齿面硬度350HBS,常用中碳钢和中碳合金钢,如45钢40Cr,35SiMn等材料,进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度、精度要求不高的场合,轮坯经过热处理后加工,生产便利、成本较低。 (2)硬齿面齿轮: 硬齿面齿轮的齿面硬度大于350HBS,常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火或渗碳淬火处理。加工后进行热处理,若变形过大,则需精加工。,二、齿轮的常用材料,2铸钢 当齿轮的尺寸较大(大于400一600mm)而不便于锻造时,可用铸造方法制成铸钢齿坯,再进行正火处理以细化晶粒。3铸铁 低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mmm时可制成轮辐式齿轮。,在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高20一50HBS,这是因为小齿轮轮齿啮合次数比大齿轮多,且小齿轮齿根较薄为使两齿轮的轮齿接近等强度,小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。,补充:机械制造常用材料,一、常用材料,钢,常用金属材料,铸铁,有色金属合金,含碳量2%,含碳量 2%,铁碳合金,非金属材料,橡胶,塑料等,1、钢:,按化学成分:碳素钢,按含碳量:低碳钢0.25%,合金钢,中碳钢0.25%0.5%,高碳钢0.5%,按质量:普通钢,优质钢,按用途:结构钢,特殊钢,按冶炼时脱氧程度和钢锭中气孔存在情况:镇静钢,沸腾钢,(1)普通碳素结构钢 Q235-A、F,,(2)优质碳素结构钢 25、35、45、60-平均含碳量,(3)合金结构钢 25Cr2MoV,(4)铸钢 ZG235-450、ZG35SiMn,特点:钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。,选用原则: 优选碳素钢,其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。,零件毛坯获取方法:锻造、冲压、焊接、铸造等。,应用:应用范围极其广泛。,2、铸铁:灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。,特点:良好的液态流动性,可铸造成形状复杂的零件。 较好的减震性、耐磨性、切削性(指灰铸铁)、成本低廉,应用:应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之,钢的热处理是指将钢在固态下进行不同温度的加热、保温和冷却的方法,是其内部组织结构发生变化,从而达到提高零件的力学性能和改善其工艺性能的目的。,常用的热处理方法有:退火、正火、淬火、回火、调质及表面热处理等。,二、钢的热处理简介,1 退火 是将钢加热到临界温度(约723)以上(30-50),保温一段时间,然后工件随炉温缓慢冷却。消除锻造、焊接的内应力,降低硬度,改善切削加工性能。 2 正火 与退火相似,只是在保温后,在空气中冷却,冷却速度比退火快。作用于退火类似,但比退火经济,可作为零件的最终热处理。 3 淬火 是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,而后在水、盐水或油中快速冷却。获得高强度和高硬度,提高耐磨性和耐蚀性。但产生很大内应力,降低塑性和韧性,故应回火已得到较好的综合性能。,4 回火 是将淬火钢重新加热到临界温度以下的某一温度,保温一段时间,然后冷却。根据加热温度不同,回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。低温回火的加热温度为150-250,适用于刀具、量具、滚动轴承等;中温回火的加热温度为300-450,适用于有弹性要求的零件,如弹簧;高温回火的加热温度为450-650,适用于各种重要的机械零件,如齿轮、轴、重要螺栓等。,回火,5 调质淬火后高温回火。 6 表面热处理 是强化零件表面的重要手段,常用的方法有表面淬火和化学热处理两种。 1)表面淬火是将机械零件需要强化的表面迅速加热到淬火温度,随即快速将该表面冷却的热处理方法。 2)化学热处理是将机械零件放在含有某种化学元素(如碳、氮等)介质中加热保温,使该元素的活性原子渗入到零件表面的热处理方法。根据渗入原始的不同,常用的化学热处理方法有渗碳(常用于低碳钢或低碳合金刚)、氮化和氰化(碳氮共渗,用于低碳钢或中碳钢)等。,三、材料的选用原则:,(1)使用要求:工作和受载情况,工作情况:介质、温度、摩擦性质,受载情况:载荷大小、应力种类,(2)工艺要求:,锻造性能,焊接性能,切削加工性能,热处理性能,(3)经济性,铸造性能,三、齿轮材料的选择原则 1)齿轮材料必须满足工作条件的要求。 2)应考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型方法、热处理、制造工艺。 3)正火碳钢,不论毛坯的制作方法如何,只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮;调质碳钢可用于中等冲击载荷下工作的齿轮。 4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。 5)飞行器中的齿轮传动,要求齿轮尺寸尽可能小,应采用表面硬化处理的高强度合金钢。,(1)、传递的准确性(从动转动一周的转角误差不超过许用值) (2)、传动的平稳性(瞬时传动比i不超过许用值) (3)、载荷分布的均匀性 (接触面上载荷分布均匀),1、精度要求,齿轮的精度,2、精度等级 齿轮精度规定了112的12个等级,其中,1级精度最高,12级精度最低。,表 齿轮传动的功能要求与齿轮精度项目的主要关系,功能要求 精度项目,运动精度,平稳性精度,接触精度,3、精度标注方法 877G M JB179-81,齿厚下偏差,齿厚上偏差,第III公差组的精度等级,第II公差组的精度等级,第I公差组的精度等级,
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