第十二章 机械设计.ppt

1 1 1 1 1 主要内容 1、齿轮传动的失效形式，各种失效的机理和特点，防止措施以及齿轮传动的计算准则； 2、齿轮材料的基本要求，软齿面与硬齿面的常用热处理方法及材料选用原则； 3、齿轮传动的受力分析，计算载荷，各种载荷系数的物理意义与影响因素； 4、齿轮承载能力计算包括：直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算与齿根弯曲疲劳强度计算；斜齿圆柱齿轮传动和直齿锥齿轮传动的计算特点； 5、齿轮传动设计中，主要参数的选择原则及影响因素，各参数间的相互影响关系。 因YFa 是反映当力作用于齿顶时，轮齿齿廓形状对齿根弯曲应力的影响系数，它是指齿根厚度与齿高的相对比例关系。当齿高增大，齿根厚度变小，轮齿变为“瘦高型”,即YFa ↑σF ↑，抗弯曲能力差；反之，齿高减小，齿厚增大，则轮齿变为“矮胖型”，即 YFa↓ σF↓，抗弯曲能力强。因此YFa是反映轮齿“高、矮、胖、瘦”程度的形态系数。 而模数m的值是反映一个轮齿绝对尺寸的大小，对于用标准刀具加工标准齿轮时，若z相同仅m不同，则加工出的轮齿都几何相似，m只是它们的放大比例。 腹板式齿轮 当da ?500mm时,为了减少质量和节约材料,通常采用腹板式结构 轮辐式齿轮 da≥400mm,多采用轮辐式的铸造结构 镶套式齿轮 大直径的齿, 为节省材料, 可采用镶套 式齿圈 焊接式齿轮 单件生产而尺寸过大又不利于铸造的齿轮,可采用焊接结构 影响接触应力的四个因素 外载荷Fn ：Fn ↑ ，则σH ↑ ； 接触宽度b：b ↑ ，则σH ↓ ； 综合曲率半径ρ：ρ↑，则σH ↓ ; 综合弹性模量E：E↑ ，则σH ↑ 。 两齿轮啮合时的接触应力σH与许用接触应力[σH] 一对啮合齿轮的接触应力大小相等方向相反，即σH1=σH2； 一对啮合齿轮的许用接触应力不一定相等，即[σH1]≠[σH2]。所以接触强度一般不相等，在应用公式时应取[σH]小值代入。若一对齿轮的[σH1]=[σH2]，则一对齿轮不但接触应力相等（即σH1=σH2），而且接触强度也相等。 影响弯曲应力的主要因素 模数m ：因σF∝1/m2 ,则模数是影响弯曲强度的最重要因素，当弯曲强度不足时，首先应增大模数； ??齿宽b：当齿宽b↑，则σF ↓，但 b过大会使齿向载荷分布系数Kβ↑而使K↑；???????? 齿数z及变位系数x ：z↑、x↑，则YFa · YSa ↓ Yε ↓ ，而使σF ↓。 因为一般z1≠z2，则 YFa1≠ YFa2 ， YSa1≠ YSa2 ，所以σF1≠ σF2 ； 一对大、小齿轮的材料和热处理硬度不同，则弯曲疲劳极限σFlim不同，加之弯曲疲劳寿命系数YN的影响，所以[σF1] ≠[σF2] 。 一对标准齿轮啮合，通常σF1≠ σF2 ，[σF1] ≠[σF2] 。 齿形系数YFa 与模数m无关 YFa的影响因素及其选择 标准直齿圆柱齿轮的YFa 只取决于轮齿的形状（随齿数和变位系数而异）。当z↑，渐开线越平坦齿根厚度↑，则YFa↓；当z 一定时，采用正变位方法可使齿根厚度↑，达到降低 YFa 的效果，而 σF↓，则抗弯强度提高。对于斜齿轮的YFa 应按当量齿数zv=z/cos3β选取；对于直齿锥齿轮，应按 zv=z/cosδ选取。斜齿圆柱齿轮设计中，若β↑、zv↑，则 YFa↓，故斜齿轮的抗弯强度比直齿轮高。 齿数 z 的选择 对于闭式软齿面齿轮传动 其主要失效形式是齿面疲劳点蚀。设计时，首先从保证齿轮的接触强度出发来确定齿轮直径（或中心距）。这时齿数的多少，主要影响齿轮的模数及弯曲疲劳强度。故其选择原则为：在传动尺寸不变并满足弯曲强度条件下， z 尽可能选多些有利。 原因： ???? z↑，则重合度εα↑，使传动平稳，降低齿轮传动的振动与噪声； ????εα ↑，则重合度系数Z ε↓而使σH ↓，可提高齿轮的接触强度； ?????z↑，则m↓，可减轻齿轮的重量和减小金属切削量，节省工时和费用； ?????z↑还能降低齿高，减少滑动系数，减少磨损，提高传动效率和抗胶合能力。一般取 z1=20～40。 对于闭式硬齿面齿轮传动 其主要失效形式是轮齿折断。设计时，首先从保证轮齿弯曲强度出发，确定齿轮的模数m 。这时z 的多少直接影响齿轮结构尺寸的大小，故其选择原则为： 在保证足够的接触疲劳强度的前提下，齿数不易过多，一般z1≥17。 开式齿轮传动 开式齿轮传动的尺寸主要取决于轮齿的弯曲疲劳强度，故z也不易过多，对标准直齿轮z1≥17 ，以避免根切。 齿宽系数ψd的选择 设计齿轮时，所选的齿宽系数ψd既不能太大，又不能过小。 原