齿轮的强度计算.ppt

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1、11章齿轮的强度计算1.对齿轮材料性能的要求齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。11-2齿轮材料及热处理常用齿轮材料锻钢铸钢铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。非金属材料2.常用齿轮材料钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。含碳量为(0.15~0.6)%的碳素钢或合金钢。一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。表11-1常用齿轮材料及其机械性能热处理方法表面淬火渗碳淬火调质正火渗氮一

2、般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达52~56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。1.表面淬火----高频淬火、火焰淬火齿轮材料的热处理和化学处理2.渗碳淬火渗碳钢为含碳量0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr等。齿面硬度达56~62HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。表11-1常用齿轮材料及其机械性能材料牌号热处理方法强度极限屈服极限硬度(HBS)σB/MPaσS/Mpa齿芯部齿面HT250250170~241HT300300187~255HT35

3、0350197~269QT500-5500147~241QT600-2600229~302ZG310-570常化580320156~217ZG340-640650350169~22945580290162~21745217~25540~50HRC40Cr241~28648~55HRC调质后表面淬火调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为：220~260HBS。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。3.调质4.正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿

4、轮可用铸钢正火处理。渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达60~62HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.5.渗氮特点及应用：调质、正火处理后的硬度低，HBS≤350，属软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高:20~50HBS表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。§11-3齿轮传动的精度制造和安装齿轮时，会产生误差，如齿形误差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行等。误差对传动带来以

5、下三个方面的影响：1.影响传动准确性，啮合齿轮在一转范围内，实际转角与理论转角不一致。2.影响传动的平稳性。瞬时传动比不能保持恒定，齿轮在一转范围内会出现多次重复的转速波动。3.齿向误差影响载荷分布均匀性。当传递较大转矩时，易引起早期损坏。国标GB10095--88对圆柱齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，其中1级最高，12级最低，常用的是6—9级精度。表11-2列出了齿轮传动精度等级的选择及应用。T1圆周力：径向力：法向力：小齿轮上的转矩：P为传递的功率（KW）ω1----小齿轮上的角速度，n1----小齿轮上的转速d1----小齿轮上的分度圆直径，α----压力角各作用力的方向

6、如图O2ω2（从动）O1N1N2ttω1（主动）T1cααd12d22αFtFrFnFn为了计算轮齿强度，设计轴和轴承，有必要分析轮齿上的作用力。§11-4标准直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷10-5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算αO2O1ttω1（主动）N1N2cααd12Fn一、轮齿受力分析由于制造、安装误差及受载时的变形等影响，使载荷沿齿宽不是均匀分布，造成载荷局部集中。轴和轴承的刚度越小、齿宽b越宽，载荷集中越严重。此外，由于各种原动机和工作机的特性不同等原因。二、计算载荷计算载荷=KFnK——载荷系数，其值由表11-3查取。法向力Fn为名义载荷齿轮强度计算是根据齿轮可

7、能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进行计算。11-5直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度计算赫兹公式：“+”用于外啮合，“-”用于内啮合实验表明：齿根部分靠近节点处最容易发生点蚀，故取节点处的应力作为计算依据。节圆处齿廓曲率半径：齿数比:u=z2/z1=d2/d1=ρ2/ρ1≥1O2ω2（从动）O1N1N2ttω1（主动）T1cααd12d22αCρ