齿轮传动-2(杨).ppt

a 仿形法 成形法 仿形法是在普通铣床上用与被切齿轮齿槽形状相同的圆盘铣刀或指状铣刀切出齿形的方法 铣完一个齿槽后 分度头将齿坯转过3600 z 再铣下一个齿槽 直到铣出所有的齿槽 铣直齿 铣斜齿 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 齿轮的加工方法有 切削法 铸造法 冲压法 热轧法等 最常用的切削法又分为 仿形法和展成法 范成法 a 仿形法 成形法 加工方便易行 但精度难以保证 由于渐开线齿廓形状取决于基圆的大小 而基圆直径db mzcos 欲加工精确齿廓 对模数和压力角相同 齿数不同的齿轮 应采用不同的刀具 而这在实际中是不可能的 生产中通常用同一号铣刀切制同模数 不同齿数的齿轮 故齿形通常是近似的 表中列出了1 8号圆盘铣刀加工齿轮的齿数范围 圆盘铣刀加工齿数的范围 加工不连续 生产效率低 不宜用于批量生产 可在普通铣床上加工 不需专用机床 这种方法适用于单件生产而且精度要求不高的齿轮加工 仿形法特点 b 展成法 范成法 范成法是利用一对齿轮无侧隙啮合时两轮的齿廓互为包络线的原理加工齿轮的 加工时刀具与齿坯的运动就像一对互相啮合的齿轮 最后刀具将齿坯切出渐开线齿廓 范成法切制齿轮常用的刀具有三种 1 齿轮插刀是一个齿廓为刀刃的外齿轮 2 齿条插刀是一个齿廓为刀刃的齿条 3 齿轮滚刀像梯形螺纹的螺杆 轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓 滚刀转动时相当于齿条在移动 可以实现连续加工 生产率高 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 续 b 范成法 加工方法有 插齿和滚齿 插直齿 插斜齿 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 续 b 范成法 滚直齿 滚斜齿 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 续 用范成法加工齿轮时 只要刀具与被切齿轮的模数和压力角相同 不论被加工齿轮的齿数是多少 都可以用同一把刀具来加工 这给生产带来了很大的方便 因此范成法得到了广泛的应用 范成法加工精度高 生产效率高 但需要专门的加工机床 b 范成法 思考题现有4个标准齿轮 1 m1 4mm z1 25 2 m2 4mm z2 50 3 m3 3mm z3 60 4 m4 2 5mm z4 40 试问 1 哪两个齿轮的渐开线形状相同 2 哪两个齿轮能正确啮合 3 哪两个齿轮能用同一把滚刀制造 这两个齿轮能否改成用同一把铣刀加工 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 续 根切现象 用范成法加工齿轮时 若刀具的齿顶线 或齿顶圆 超过理论啮合线极限点N时 被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分 这种现象称为根切 根切使齿轮的抗弯强度削弱 承载能力降低 啮合过程缩短 传动平稳性变差 因此应避免根切 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 续 根切现象 如图所示为齿条插刀加工标准外齿轮的情况 齿条插刀的分度线与齿轮的分度圆相切 要使被切齿轮不产生根切 刀具的齿顶线不得超过极限啮合点N 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 续 标准外齿轮不发生根切的最少齿数 模数一定时 标准刀具的齿顶高也一定 即刀具的齿顶线位置一定 所以要使刀具的齿顶线不得超过极限啮合点N 就必须改变N点的位置 N点位置与被切齿轮的基圆半径有关 基圆半径越小 N点越靠近节点C 产生根切的可能性越大 又被切齿轮的模数和压力角与刀具的相同 所以是否会产生根切取决于被切齿轮齿数的多少 rb rcos mzcos 2 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 续 实际应用中 为了使齿轮传动结构紧凑 允许有少量根切 可取Zmin 14 六 渐开线齿轮的加工方法和精度选择 续 标准外齿轮不发生根切的最少齿数 一 齿轮的失效形式 机械零件由于强度 刚度 耐磨性和振动稳定性等因素不能正常工作时 称为失效 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效 其失效形式有 轮齿折断 轮齿象一个悬臂梁 受载后齿根部产生的弯曲应力最大 当该应力值超过材料的弯曲疲劳极限时 齿根处产生疲劳裂纹 并不断扩展使轮齿断裂 称为疲劳折断 此外 突然过载或冲击载荷作用时 也会造成轮齿折断 称为过载折断 提高轮齿抗折断能力的措施 增大齿根圆角半径 消除加工刀痕以降低齿根应力集中 增大轴及支承物的刚度以减轻局部过载的程度 对轮齿进行表面处理以提高齿面硬度 七 齿轮的失效形式和齿轮材料 失效形式 潘存云教授研制 轮齿折断 齿宽较小的直齿圆柱齿轮 易发生全齿折断 齿宽较大的直齿圆柱齿轮 易发生局部折断 一 齿轮的失效形式 续 齿面点蚀 轮齿工作面受脉动循环变化的接触应力作用 当接触应力超过材料疲劳极限时 表面产生微裂纹 裂纹扩展使齿面微粒剥落 形成麻点状凹坑 点蚀首先出现在节线附近 齿面越硬 抗点蚀能力越强 软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效 主要措施 提高齿面硬度 降低齿面粗糙度 增大润滑油粘度 一 齿轮的失效形式 续 齿面胶合 高速重载传动中 齿面间压力大 瞬时温度高 润滑油膜被破坏 致使齿面金属直接接触而相互粘连 当齿面向对滑动时 较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹 称为胶合 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 一 齿轮的失效形式 续 齿面磨损 灰尘 砂粒 金属微粒等落入轮齿间 会使齿面间产生摩擦磨损 严重时会因齿面减薄过多而折断 磨损是开式传动的主要失效形式 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 一 齿轮的失效形式 续 塑性变形 重载且摩擦力很大时 齿面较软的轮齿表面就会沿摩擦力方向产生塑性变形 措施 提高齿面硬度 增大润滑油粘度 主动齿轮齿面所受摩擦力背离节线 齿面在节线附近下凹 从动齿轮齿面所受摩擦力指向节线 齿面在节线附近上凸 二 齿轮材料 由轮齿的失效分析可知 齿轮材料的基本要求 齿面硬 齿芯韧a 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 b 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 c 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 最常用的齿轮材料是钢 此外还有铸铁及一些非金属材料等 二 齿轮材料 二 齿轮材料 续 常用齿轮材料 优质碳素结构钢 合金结构钢 铸钢 铸铁 二 齿轮材料 续 锻钢 非金属材料 热处理方法 表面淬火 渗碳淬火 调质 正火 渗氮 高频淬火 火焰淬火 1 锻钢 二 齿轮材料 续 软齿面齿轮 齿面硬度 350HB 材料 中碳钢 如 45 35中碳合金钢 如 40Cr 40MnB 42SiMn热处理 正火或调质加工工艺流程 锻造 正火 切齿或 锻造 正火 粗车 调质 切齿特点及应用 制造简便 成本低廉 齿面硬度低 适用于强度 速度 精度要求不高的场合 1 锻钢 二 齿轮材料 续 硬齿面齿轮 齿面硬度 350HB 一般为45 62HRC 材料 低碳钢或低碳合金钢 如 20 20Cr 20CrMnTi 热处理采用渗碳 淬火 低温回火 中碳钢或中碳合金钢 如 45 40Cr 40MnB 42SiMn 38CrMoAl 42CrMo 热处理采用表面淬火或渗氮 加工工艺流程 锻造 正火 切齿 渗碳 淬火 低温回火或 锻造 正火或退火 粗车 调质 切齿 表面淬火或渗氮特点及应用 制造工艺复杂 成本高 齿面具有高硬度 耐磨 耐冲击 适用于高速 重载 精密的场合 2 铸钢 二 齿轮材料 续 材料 ZG270 500 ZG310 570 ZG340 640热处理 正火或调质适用于 尺寸较大 直径400 600mm 结构复杂的齿轮 3 铸铁 材料 HT250 HT300 QT600 3 QT500 7热处理 正火或不热处理适用于 低速开式齿轮传动 4 非金属材料 材料 塑料 尼龙等适用于 高速 轻载 精度不高 要求噪声小的场合 设计准则 针对齿面胶合 磨损及塑性变形失效 目前无比较完善的通用计算方法 因此 在齿轮设计时 仅进行齿面接触疲劳强度计算和轮齿弯曲疲劳强度计算 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 1 轮齿的受力分析 圆周力 径向力 法向力 小齿轮上的扭矩 P 传递的功率 kw n1 小齿轮的转速 r min d1 小齿轮的分度圆直径 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 轮齿的计算载荷 Fc KFnK 载荷系数K 1 2 2一般取1 3 1 6 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 2 计算载荷 Fn 名义载荷 当载荷平稳 精度较高 圆周速度较低 齿宽较小时 取较小值 接触应力的计算点 节点 力学模型 将一对轮齿的啮合简化为两个圆柱体接触的模型 目的 防止齿面点蚀强度条件 C N2 N1 H H 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 3 齿面接触疲劳强度计算 3 齿面接触疲劳强度计算 H 齿面接触应力 MPa u 齿轮的齿数比 K 载荷系数 b 齿宽 mm T1 小齿轮所传递的扭矩 N mm a 中心距 mm H 许用接触应力 MPa 取 H1 与 H2 中的较小者 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 一对钢制标准齿轮传动的齿面接触强度的校核公式 注 用于外啮合 用于内啮合 对于钢对铸铁齿轮 将式中的系数335改为285对于铸铁对铸铁齿轮 将式中的系数335改为252 3 齿面接触疲劳强度计算 a 中心距 mm u 齿轮的齿数比 T1 小齿轮传递的扭矩 N mm K 载荷系数 a 齿宽系数 a b a H 许用接触应力 MPa 取 H1 与 H2 中的较小者 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 一对钢制标准齿轮传动的齿面接触强度的设计公式 注 用于外啮合 用于内啮合 对于钢对铸铁齿轮 将式中的系数335改为285对于铸铁对铸铁齿轮 将式中的系数335改为252 目的 防止轮齿疲劳折断强度条件 F F 将轮齿简化为悬臂梁 按30 切线法确定齿根危险截面 按在齿顶啮合计算齿根应力 sF hF F 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 4 齿根弯曲疲劳强度计算 4 齿根弯曲疲劳强度计算 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 齿根弯曲疲劳强度的校核公式 F 齿根弯曲应力 MPa K 载荷系数 T1 小齿轮所传递的扭矩 N mm b 齿宽 mm m 模数 mm Z1 小齿轮齿数 F 齿轮的许用弯曲应力 MPa YF 齿形系数 无量纲量 其大小与齿的形状有关而与模数无关 对于标准齿轮 YF仅取决于齿数 式中 齿形系数YF 4 齿根弯曲疲劳强度计算 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 齿根弯曲疲劳强度的校核公式 注 两齿轮的YF1和YF2不相同 且两齿轮材料的 F1 和 F2 也不相同 两齿轮应分别校核 或 4 齿根弯曲疲劳强度计算 七 标准直齿圆柱齿轮的选用和强度计算 续 齿根弯曲疲劳强度的设计公式 m 模数 mm K 载荷系数 T1 小齿轮所传递的扭矩 N mm u 齿轮的齿数比 a 齿宽系数 a b aYF 齿形系数 F 齿轮的许用弯曲应力 MPa Z1 小齿轮齿数 注 用于外啮合 用于内啮合 式中 取和中较大者 计算结果应圆整为标准模数 常用结构形式有 1 齿轮轴 X 2 5m 八 齿轮的结构 直径较小的钢质齿轮 当齿根圆直径与轴径接近时 可以将齿轮与轴做成一体 称为齿轮轴 实心式 八 齿轮的结构 续 腹板式 4 轮辐式齿轮 当齿轮的齿顶圆直径da 400mm时 可采用轮辐式结构 这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造 轮辐式 八 齿轮的结构 续 设计单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动 已知 传递功率P 4kw 输入轴转速n1 960r min 输出轴转速n2 200 学号末2位 5 r min 单向回转 载荷平稳 齿轮传动设计