工业设计机械基础
一、齿轮失效形式 2.齿面点蚀
原因:在疲劳载荷作用下, 齿面接触应力超过接触 疲劳极限。
疲劳点蚀首先出现在 齿根表面靠近节线处。 一般发生在软齿面(HBS≤350)的闭式齿轮传动中。
一、齿轮失效形式 3.齿面胶合
原因:高速重载或润滑不良,啮合区温度升高引起润滑失 效,金属粘连,较软齿面沿滑动方向被撕下形成沟槽。
1.蜗杆传动的主要参数
(1)模数m和压力角α 模数m和压力角α (中间平面) 中间平面) (2)传动比i和蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 传动比i和蜗杆头数z 和蜗轮齿数z i=n1/n2=z2/z1 • 其中: 其中: 头数) z1(头数):1、2、4、6 z2 : z2=z1*i 根切: 根切: 为了传递动力时保证平稳, 为了传递动力时保证平稳, 且避免 80≥ 80≥ z2≥26
四、圆柱齿轮精度
常用 • 齿轮传动精度等级及选择: • • 精度: 1 高 2 3 .6 .7 .8. 9… 11 12 低
不用
§4-9 直齿圆柱齿轮传动的强度计算
(了解过程,掌握结论) 一、轮齿上的作用力 若一队标准直齿圆柱齿轮按标准a安 装,名义载荷:
Ft=2T1/d1 Fr=Fttgα N牛顿 Fn=Ft/cosα
• •
主要原因: ①在同样的工作时间内,小齿轮的受力循环次数比 大齿轮多,容易先发生疲劳断裂、疲劳点蚀和过度 磨损;
•
②同模数的齿轮,齿数越少则轮齿的根部越薄,容 易折断;
•
③让互相啮合的轮齿表面有明显的硬度差,有利于 避免齿面胶合现象的发生。
三、齿轮传动润滑
• 润滑可减少齿轮传动中的磨损、发热,降低传动噪声, 延长齿轮使用寿命,有效改善齿轮传动的工作状况。
工业设计教研室 2011.8
第四章 机械传动 • 1.齿轮的失效形式 • 2.齿轮材料选择 • 3.齿轮传动强度计算
齿轮传动分为: 闭式传动:齿轮封闭在刚性箱体内。 开式传动:外露。 失效:由于某种原因不能正常工作。
§4-7 齿轮的失效形式与材料选择 一、齿轮失效形式 1.轮齿折断 过载、疲劳折断,一般发生在齿根部分。
当一对齿轮材料、传动比及齿宽系数一定时,由 轮齿弯曲强度所决定的承载能力仅与模数m有关。
结
论
1.软齿面闭式齿轮传动 失效型式——点蚀 通过齿面接触强度确定传动尺寸,验算齿面弯曲 强度。 2.硬齿面闭式齿轮传动 失效型式——轮齿弯曲疲劳折断。 按轮齿弯曲强度设计m,验算齿面接触强度。 3 .开式齿轮传动 失效型式——磨粒磨损 目前无成熟计算方法,一般按闭式计算。
二、传动类型
按形状分类:圆柱蜗杆、环面蜗杆
圆柱蜗杆
环面蜗杆
圆柱蜗杆按加工方法分为: 阿基米得蜗杆(ZA蜗杆)、渐开线蜗杆(ZI蜗杆)等。 蜗杆分为:左、右旋
本章重点讨论轴交角∑=90°阿基米得蜗杆。
三、蜗杆传动的主要参数和几何尺寸
中间平面:过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。 在中间平面内,蜗杆齿廓与齿条相同,蜗轮齿廓是渐开线。
钢对铸铁:285 铸铁对铸铁:250
注意:从上式可知,当一对齿轮材料、传动比及齿宽系 数一定时,由齿面接触强度所决定的承载能力仅与中 心距a或齿轮分度圆有关。
四、轮齿弯曲强度计算
齿根所受弯曲力矩最大。 计算时将轮齿看作悬臂粱。 其危险截面可用30度切线法确定。
30度切线法:
作与轮齿对称中心成30度夹角并 与齿根圆角相切的斜线,而认 为两切点连线是危险截面。 ≤[sF]
蜗杆圆周力Ft:Ft1= Fa2=2T1/d1 蜗杆径向力Fr:Fr1= Fr2=Ft2tgα 蜗杆轴向力Fa:Fa1 = Ft2 =2T2/d2
、
η=T2n2/T1n1
T2=T1.i.η
蜗杆传动η
闭式: 闭式: Z1=1 Z1=2 Z1=4 开式: 开式: Z1=1 、2 η=0.6∼ η=0.6∼0.7 η=0.7 ∼ 0.75 η=0.75 ∼ 0.82 η=0.87 ∼ 0.92
(4)蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q 直径系数q:q=d1/m 蜗杆传动设计中:tanγ =z1*m/d1=z1/q
要求传动效率高时, d 选小值; 1 要求刚度、强度时, d1选大值。
(5)中心距a
a=m(q+z2)/2
2.蜗杆传动的几何计算
四、阿基米得蜗杆传动的正确啮合条件
在中间平面分度圆柱上 1) ma1=mt2=m 2)αa1=αt2=20° 3)β=λ 旋向相同
一、齿轮失效形式 4. 齿面磨损 磨粒磨损+跑合
原因:灰尘、金属屑等 杂物进入齿面
一、齿轮失效形式 5.齿面塑性变形
原因:发生于重载情况下,较软齿面可能产生局部塑 性变形。
• 提高齿轮承载能力,防止轮齿失效的方法措施: • 1.增加齿轮尺寸,即选择大模数齿轮; • 2.合理选择优质材料
二、齿轮材料及热处理
七、圆柱蜗秆传动的强度计算(了解)
1.蜗杆传动主要失效形式: 胶合、点蚀、磨损
七、圆柱蜗秆传动的强度计算
上式适于钢制蜗杆对青铜(或铸铁)蜗轮 设计式: 由于齿廓间有较大的相对滑动,闭式蜗杆传动必须进 行热平衡计算。
总
结
闭式蜗杆传动:蜗轮齿面胶合。按齿面接触强度 设计,进行弯曲强度效核和热平衡验算。 开式蜗杆传动:蜗轮齿面磨损。按齿根弯曲疲劳 强传动,m=4mm,头数z1=2,分度圆直径 d1=40mm,蜗轮齿数z2=39。试计算: (1)蜗杆 直径系数q,(2)导程角γ,(3)中心距a,(4) 蜗杆和蜗轮齿顶圆和齿根圆直径。 • 提示:ha=m,hf=1.2m
作
业
• 2、蜗杆主动,T1=20N·m,m=4mm,z1=2, d1=40mm,蜗轮z2=50,传动啮合效率η=0.75。 试确定:(1)蜗轮转向;(2)蜗杆与蜗轮上 作用力大小和方向。
§4-8 蜗杆传动
一、蜗杆传动特点 1.结构特点:
圆柱蜗杆可以认为是一个齿数少、 直径小于配对蜗轮的宽斜齿轮。
2.工作特点
分为左、右旋之分。 蜗轮是一个齿数较多、齿体曲面呈 环面斜齿轮。
一、蜗杆传动特点
2. 工作特点
1)结构紧凑、i大; 结构紧凑、 2)传动平稳,噪声低; 传动平稳,噪声低; 蜗杆导程角γ 齿间当量摩擦角ρˊ, 3)蜗杆导程角γ <齿间当量摩擦角ρˊ, 可实现反行程自锁; 可实现反行程自锁; 自锁 4)连续工作需要良好的润滑和散热; 连续工作需要良好的润滑和散热; 润滑和散热 5)效率低,成本高。 效率低,成本高。
其中: β-蜗轮螺旋角 λ-蜗杆导程角
五、蜗杆传动常用材料和结构 1. 蜗杆、蜗轮常用材料
蜗杆材料:碳钢和合金钢,40、 45,要求齿面硬度较高、较小 粗糙度值。 蜗轮材料:青铜、铸铁。要求耐 磨、抗胶合性好。
2.蜗杆、蜗轮结构
蜗杆通常做成蜗杆轴, 蜗轮结构:整体式+组合式
六、圆柱蜗杆传动的受力分析(了解过程,掌握结论)
三、齿轮传动润滑
• 开式、半开式齿轮传动多为低速、低精度的传动,可采 用定期由人工加注润滑油或润滑脂的方式进行润滑。低 速、轻载的闭式传动也有采用这种润滑方式的。 •
三、齿轮传动润滑
• 对于转速较高、载荷较高的闭式齿轮传动,可采用浸油 润滑与喷油润滑两种润滑形式。
四、圆柱齿轮精度
• 影响齿轮传动精度因素(公差约束): • 1)第1公差组为传动准确性精度,规定齿轮在转动一周内的最 大转角误差。 • 2)第Ⅱ公差组为传动平稳性精度,规定齿轮传动中冲击、振 动、噪声等量化指标。 • 3)第Ⅲ公差组为载荷分布均匀性精度,规定啮合中齿面接触 状况的量化指标,以控制齿面局部磨损、齿面胶合的进程。
式中:小齿轮上转矩 T1=9.55X106P/n1 N.mm d1-小齿轮分度圆直径 (主动轮)
二、计算载荷 计算载荷 K·F
其中:K-载荷系数
三、齿面接触强度计算
在一般闭式齿轮传动中,轮齿的主要失效形式: 齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。 防止点蚀强度条件:(一对钢制标准齿轮传动)
设计式: 设计式:
(3)蜗杆导程角γ 蜗杆分度圆圆柱d1、蜗轮分度圆直径d2 • tanγ =z1PX/πd1 =z1*m/d1
(4)蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q
tanγ =z1PX/πd1 =z1*m/d1
(4)蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q
切制蜗轮的滚刀( m、Z1、γ )必须与相应的蜗杆相同。 为了减少刀具数量并便于标准化,规定蜗杆分度圆直径 d1的标准系列。 一个模数只与一个或几个d1对应。 q=d1/m
低速、轻载、无冲击条件下,可选择价格低廉、易铸造成型、 易切齿的铸铁材料; 载荷较大、尺寸较大、形状复杂的齿轮采用铸钢材料; 高、中、低速并中载采用碳钢45# 高、中速并重载采用合金钢 高速轻载、要求低噪音的齿轮可采用工程塑料、尼龙等材料;
•
相啮合的一对齿轮中,应该让小齿轮材料的强度、 齿廓表面的硬度和耐磨性都比大齿轮高一些。