第五章 齿轮传动设计.ppt

* 教学基本要求 重点与难点分析 典型例题分析 自测试题 第五章 齿轮传动设计 教学基本要求 2. 熟练掌握渐开线形成性质。 1. 熟练掌握齿轮传动的特点、类型和应用场合。 3. 熟练掌握渐开线齿轮正确啮合条件、连续传动 条件和无侧隙啮合条件。 4. 熟练掌握轮齿的受力分析、失效形式与计算准 则。 5. 掌握齿轮材料的基本要求、热处理方法及材料选用原则。 6. 了解齿轮切齿原理、根切及变位齿轮的概念。 7. 了解齿轮传动强度计算公式中各参数及系数的 物理意义、对设计的影响及其选择方法。 8. 能够熟练进行齿轮传动设计计算。 重点与难点分析 本章的重点：齿轮传动的特点、类型、功用 及齿轮传动设计计算； 本章的难点：齿轮传动的啮合原理、受力分析、 计算准则及参数选择。 1. 齿轮传动的特点 主要优点：工作可靠，寿命长，传动比准确，传动效率高，结构紧凑，功率及速度适用范围广。 主要缺点：制造精度要求高，制造费用大，精度低时振动和噪声大，不宜用于轴间距离较大的传动。 2. 齿轮传动的啮合原理 2）连续传动条件 1）正确啮合条件 3. 齿轮传动的受力分析 在作齿轮传动的受力分析时，必须要分清主动轮和从动轮。关于各力的大小教材中已经给出计算公式，下面将着重就如何正确地判断各力的方向和做到在图中正确地进行标注进行讨论。 2）径向力Fr：分别指向各自轮心。注意：这一结论在大多数情况下是正确的，唯一例外的是对于圆柱内齿轮其径向力Fr 应为背离其轮心。 3）轴向力Fa ：直齿圆柱齿轮没有轴向力，即Fa = 0 ，它可视为斜齿圆柱齿轮的特例。 1）圆周力Ft ：主反从同，即主动轮的圆周力为阻力，与回转方向相反；从动轮的圆周力为驱动力，与回转方向相同。 ①斜齿圆柱齿轮轴向力Fa 的方向取决于齿轮的回转方向和轮齿螺旋线方向。 主动轮轴向力Fa可用左、右手定则来判断：当主动轮为右旋时，用右手，主动轮为左旋时，用左手，以四指的弯曲方向表示主动轮的转向，则拇指指向即为它所受轴向力的方向。 从动轮轴向力方向：与主动轮的轴向力方向相反。 需要强调：上述左右手定则仅适用于主动轮。 ②直齿锥齿轮轴向力Fa 的方向：由小端指向大端。 圆柱齿轮和直齿锥齿轮传动各分力方向的判断方法可综合如下表： 斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮传动的受力分析，其各分力方向的标示方法如图5-1、 图5-2 所示。 在齿轮的受力分析中，斜齿圆柱齿轮的轴向力Fa 方向的判断比较困难。因此，在复习时，应着重掌握斜齿圆柱齿轮传动中轴向力方向的判断方法。其次，在学习锥齿轮时，应注意经常将其与圆柱齿轮进行比较，掌握它与圆柱齿轮的不同之处。例如：锥齿轮在受力计算时，用的是齿宽中点节线处的直径，即平均直径dm ；由于锥齿轮两轴平面垂直相交，主、从动轮上并非各同名分力仍然对应大小相等、方向相反关系。显然，这里除了Ft1 = -Ft2 之外，Fr1≠ - Fr2 、Fa1 ≠ - Fa2 ，而是Fr1= - Fa2 、Fa1 = - Fr2 。 一对齿轮传动受力分析是轮系受力分析的基础，必须熟练掌握。此外，还应掌握多对齿轮传动组合的受力分析，如：两级斜齿圆柱齿轮传动、锥齿轮-斜齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮-蜗杆传动、锥齿轮-蜗杆传动等。在受力分析过程中，还要注意使传动的整体设计方案尽可能做到受力合理。譬如：尽可能减小轴及轴承的受力等。具体见典型例题分析。 4 . 应力分析 载荷作用在轮齿上，在轮齿上产生弯曲应力及齿面接触应力。这两种应力都是循环应力，会导致轮齿发生疲劳失效。 接触应力为压应力，只在接触点附近产生，其循环特征为脉动循环。 弯曲应力的循环特征与齿轮工作情况有关，可能为脉动循环或对称循环，应根据具体情况仔细分析。 5 .齿轮传动的失效分析 6 .软齿面与硬齿面概念 通常将齿轮中齿面硬度350≤HBS 的齿轮称为软齿面齿轮，而将齿面硬度HBS＞350 的齿轮称为硬齿面齿轮。一对齿轮传动，只有当两齿轮均为硬齿面时，方为硬齿面齿轮传动，否则都叫软齿面齿轮传动。 齿轮的失效，通常都集中在轮齿部分。轮齿的主要失效形式有：弯曲疲劳折断和静力折断、齿面接触疲劳点蚀、齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形等。 7 .设计计算准则 1）闭式传动主要失效形式：齿面点蚀和轮齿折断 软齿面齿轮传动：主要失效形式为齿面点蚀，故应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 硬齿面齿轮传动：主要失效形式为轮齿折断，故应先按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，然后校核齿面接触疲劳强度。 2）开式齿