華理工機械設計教案8.1~8.3概述、輪齒的失效形式及設計準則、齒輪的材料及其選擇

課程名稱：《機械設計》第12講次授課題目第八章齒輪傳動8-1概述8-2輪齒的失效形式及設計準則8-3齒輪的材料及其選擇【目的要求】掌握齒輪傳動的失效形式、設計準則以及材料選擇等基礎知識；【重點】齒輪傳動的設計準則；【難點】齒輪材料選擇；內容第八章齒輪傳動8-1概述一、齒輪傳動的特點、類型和基本問題齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，其應用范圍十分廣泛，型式多樣，傳遞功率從很小到很大（可高達數萬千瓦）。1．特點：1）傳動效率高可達99％。在常用的機械傳動中，齒輪傳動的效率為最高；2）結構緊湊與帶傳動、鏈傳動相比，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間一般較小；與各類傳動相比，齒輪傳動工作可靠，壽命長；3）傳動比穩定無論是平均值還是瞬時值。這也是齒輪傳動獲得廣泛應用的原因之一；4）與帶傳動、鏈傳動相比，齒輪的制造及安裝精度要求高，價格較貴。2．分類按齒輪類型分：直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動錐齒輪傳動人字齒輪傳動按裝置形式分：開式傳動、半開式傳動、閉式傳動。按使用情況分：動力齒輪─以動力傳輸為主，常為高速重載或低速重載傳動。傳動齒輪─以運動準確為主，一般為輕載高精度傳動。按齒面硬度分：軟齒面齒輪（齒面硬度≤350HBS）硬齒面齒輪（齒面硬度＞350HBS）3．兩個基本問題：(1)傳動平穩就是要保證瞬時傳動比恒定，以減小齒輪嚙合中的沖擊、振動和噪聲。(2)足夠的承載能力就是要在尺寸、質量較小的前提下．保證在預定的使用期限內不發生失效。二、圓柱齒輪的基本參數1）模數m為防止輪齒太小引起意外斷齒，對于動力傳動，一般要求：m≥1.5～2mm圓柱齒輪的模數標準系列見表8-72）傳功比i和齒數比u傳功比；齒數比。（1為小輪，2為大輪）對于減速傳動，；對于增速傳動，。3）中心距a應將中心距設計為整數，最好是以0或5結尾的整數。大批量生產時，中心距按有關的推薦值選用。4）齒寬b和齒寬系數齒寬系數；對于一般用途的齒輪，可按表8-8選取。齒寬（須取整）取大輪齒寬b2＝b（＝）（圓整）。小輪齒寬+（5～10）mm，三、精度選擇齒輪精度等級應根據傳動的用途，使用條件、傳動功率和圓周速度等確定。表9—4給出了各種精度等級齒輪的使用和加工情況等，供選擇精度等級時參考。常用5—9級精度齒輪的最大圓周速度見表9—5。8-2輪齒的失效形式及設計準則一、齒輪的主要失效形式齒輪傳動的失效主要是指輪齒的失效，其失效形式是多種多樣的。常見的失效形式有：1．輪齒折斷從形態上看，輪齒折斷有整體折斷和局部折斷；就損傷機理來說，輪齒的折斷也分為兩類：即疲勞折斷和過載(靜力)折斷；2．齒面點蝕輪齒工作時．其工作表面上的接觸應力是隨時間而變化的脈動循環應力。主要發生于閉式傳動。3．齒面磨粒磨損當鐵屑、粉塵等微粒進入輪齒的嚙合部位時．將引起齒面的磨粒磨損。主要發生于開式傳動。4．齒面膠合按其形成的條件，又可分為熱膠合和冷膠合。5．齒面塑性變形重載時在摩擦力的作用下．可能產生齒面的塑性流動，從而破壞原有的正確齒形。二、齒輪的設計準則對一般工況下的齒輪傳動，其設計準則是：保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發生齒根折斷。保證足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發生齒面點蝕。對高速重載齒輪傳動，除以上兩設計準則外，還應按齒面抗膠合能力的準則進行設計。由實踐得知：閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強度為主。閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強度為主。8-3概述輪齒的失效形式及設計準則齒輪的材料及其選擇一、對齒輪材料性能的要求齒輪的齒體應有較高的抗折斷能力，齒面應有較強的抗點蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。二、常用的齒輪材料鋼：許多鋼材經適當的熱處理或表面處理，可以成為常用的齒輪材料；鑄鐵：常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料；非金屬材料：適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合三、齒輪材料選用的基本原則齒輪材料必須滿足工作條件的要求