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1、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。47 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。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（HBS350）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。一、齿轮失效形式 4.
2、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。 主要原因：
3、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； 同模数的齿轮，齿数越少则轮齿的根部越薄，容易折断； 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。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
4、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。四、圆柱齿轮精度 齿轮传动精度等级及选择： 1 2 3 .6 .7 .8. 9 11 12 精度： 高 低不用常用49 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=Fttg N牛顿 Fn=Ft/cos式中：小齿轮上转矩 T1=
5、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 KF 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：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
6、点连线是危险截面。sF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。48 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。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。2.工作特点一、蜗杆传动特点2.2. 工作特点工作特点1 1）结构紧凑
7、、）结构紧凑、i i大大；2 2）传动平稳，噪声低；）传动平稳，噪声低；3 3）蜗杆导程角）蜗杆导程角 齿间当量摩擦角齿间当量摩擦角,可实现反行程可实现反行程自锁自锁；4 4）连续工作需要良好的）连续工作需要良好的润滑和散热润滑和散热；5 5）效率低，成本高效率低，成本高。二、传动类型按形状分类：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、右旋圆柱蜗杆环面蜗杆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。1.蜗杆
8、传动的主要参数 （1 1）模数）模数m m和压力角和压力角 ( (中间平面中间平面) )（2 2）传动比）传动比i i和蜗杆头数和蜗杆头数z z1 1和蜗轮齿数和蜗轮齿数z z2 2 i=ni=n1 1/n/n2 2=z=z2 2/z/z1 1 其中：其中： z z1 1（头数）：（头数）：1 1、2 2、4 4、6 6 z z2 2：z z2 2=z=z1 1* *i i 为了传递动力时保证平稳，且避免为了传递动力时保证平稳，且避免根切：根切： 8080 z z2 2 2626（3）蜗杆导程角 蜗杆分度圆圆柱d1、蜗轮分度圆直径d2 tan =z1PX/d1 =z1*m/d1（4）蜗杆分度圆
9、直径d1和蜗杆直径系数q tan =z1PX/d1 =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、 ）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 （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：tan =z1*m/d1=z1/q 要求传动效率高时， 要求刚度、强度时， d1选小值；d1选大值。（5）中心距a a=m(q+z2)/22.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
10、 2）a1=t2=20 3） 旋向相同其中： -蜗轮螺旋角 -蜗杆导程角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。五、蜗杆传动常用材料和结构 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)蜗杆圆周力Ft：Ft1= Fa2=2T1/d1蜗杆径向力Fr：Fr1= Fr2=Ft2tg蜗杆轴向力Fa：Fa1 = Ft2 =2T2/d2 、 T2=T1.i.=T2n2/T1n1蜗杆传动闭式：闭式： Z Z1 1=1 =0.7 =1 =0.7 0.75
11、 0.75 Z Z1 1=2 =0.75 =2 =0.75 0.82 0.82 Z Z1 1=4 =0.87 =4 =0.87 0.92 0.92开式：开式： Z Z1 1=1 =1 、2 =0.62 =0.6 0.70.7七、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。按齿根弯曲疲劳强度设计。作 业1、蜗杆传动，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，(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=20Nm，m=4mm，z1=2， d1=40mm，蜗轮z2=50，传动啮合效率=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。
