《齒輪傳動設(shè)計》PPT課件 (2)

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1、 機 械 設(shè) 計 3-1 3-1 齒 輪 傳 動 概 述 機 械 設(shè) 計 3-1 齒 輪 傳 動 概 述 機 械 設(shè) 計 3-1 齒 輪 傳 動 概 述 機 械 設(shè) 計 3-1 齒 輪 傳 動 概 述 機 械 設(shè) 計 3-2 齒 輪 傳 動 的 失 效 形 式 和 設(shè) 計 準(zhǔn) 則疲 勞 折 斷 是 閉式 硬 齒 面 的 主要 失 效 形 式 ！ 機 械 設(shè) 計 3-2 齒 輪 傳 動 的 失 效 形 式 和 設(shè) 計 準(zhǔn) 則 機 械 設(shè) 計 3-2 齒 輪 傳 動 的 失 效 形 式 和 設(shè) 計 準(zhǔn) 則 機 械 設(shè) 計 3-2 齒 輪 傳 動 的 失 效 形 式 和 設(shè) 計 準(zhǔn) 則 機 械 設(shè)

2、計 3-2 齒 輪 傳 動 的 失 效 形 式 和 設(shè) 計 準(zhǔn) 則 機 械 設(shè) 計 3-3 齒 輪 材 料 、 熱 處 理 及 精 度如 何 選 材 ？ 機 械 設(shè) 計 3-3 齒 輪 材 料 、 熱 處 理 及 精 度 機 械 設(shè) 計 3-3 齒 輪 材 料 、 熱 處 理 及 精 度 機 械 設(shè) 計 3-3 齒 輪 材 料 、 熱 處 理 及 精 度 機 械 設(shè) 計 齒 輪 副 的 側(cè) 隙 ： 3-3 齒 輪 材 料 、 熱 處 理 及 精 度 機 械 設(shè) 計 Fn1Fn2 Fn1Ft1Fr1 在 節(jié) 點 C處 進 行 分解 設(shè) 為 標(biāo) 準(zhǔn) 齒 輪 ， 標(biāo) 準(zhǔn) 中 心 距 安 裝 ， 力

3、集 中 作 用在 齒 寬 中 點 ， 忽 略 摩 擦 力 cba Fn1 Fr1 T1Pd1Ft1 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 1t1 12TF d將 主 動 輪 的 Fn在 節(jié) 點 C處 進 行 分 解 ： r1 t1tan F F t1n cosFF 6 11 19.55 10 N mmPT n 112 cosTd Fn1Ft1Fr1t2Fr2F222Td 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 圓 周 力 Ft：徑 向 力 Fr： Ft1Ft2 Fr1Fr2 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強

4、 度 計 算 機 械 設(shè) 計 n2n 1Fr1 Ft1Ft2n1n2 Fr2Ft2 Ft1 12Fr2Fr1 主 視 圖 左 視 圖注 意 ：1、 力 的 作 用 點2、 下 標(biāo) 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 名 義 載 荷 ： t1n cosFF nc nF KFK： 載 荷 系 數(shù) 計 算 載 荷 ：載 荷 系 數(shù) ： K KAKvKKb原 動 機 工 作 機 械 的 載 荷 特 性均 勻 中 等 沖 擊 較 大 沖 擊電 動 機 1.0 1.2 1.2 1.6 1.6 1.8多 缸 內(nèi) 燃 機 1.2 1.6 1.6 1.8 1.9 2.1單

5、 缸 內(nèi) 燃 機 1.6 1.8 1.8 2.0 2.2 2.4見 表 3-1 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 考 慮 齒 輪 副 本 身 的 嚙 合 誤 差 ， 如制 造 誤 差 造 成 兩 基 節(jié) 不 等 ， 齒 形誤 差 ， 輪 齒 變 形 等直 齒 圓 柱 齒 輪 ： Kv 1.05 1.4斜 齒 圓 柱 齒 輪 ： Kv 1.02 1.2考 慮 制 造 誤 差 及 輪 齒 彈 性 變 形 ， 對 于 同 時 參 與 嚙 合 的 兩 對 輪 齒 K =11.2K =11.4 精 度 高 取 小 值 ，反 之 取 大 值斜 齒 圓 柱 齒 輪

6、：直 齒 圓 柱 齒 輪 ： 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 考 慮 齒 輪 非 對 稱 布 置 、 軸 的 變 形 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 齒 輪 隨 之 偏 斜 ， 引 起 偏 載不 對 稱 布 置 時 ， 靠 近 軸 承 一 側(cè) 受 載 大懸 臂 布 置 時 ， 偏 載 更 嚴(yán) 重靠 近 轉(zhuǎn) 矩 輸 入 端 的 齒 側(cè) 變 形 大 ， 故 受 載 大若 齒 輪 靠 近 轉(zhuǎn) 矩 輸 入 端 布 置 ，偏 載 嚴(yán) 重若 齒 輪 遠 離 轉(zhuǎn) 矩 輸 入 端 布 置 ，偏 載 減 小 機 械 設(shè) 計 3-4 直 齒

7、圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 齒 輪 越 寬 、 硬 度 越 大 ， 越 容 易 產(chǎn) 生 偏 載軟 齒 面 取 1.0 1.2硬 齒 面 取 1.1 1.35齒 寬 較 小 、 對 稱 布 置 、 軸 剛 度 大 取 偏 小 值沿 齒 寬 方 向 修 形 或 做 成 鼓 形 齒 ， 可 減小 偏 載的 取 值 ： 機 械 設(shè) 計 為 使 齒 輪 不 發(fā) 生 疲 勞 點 蝕 ， 應(yīng) 保 證H HP 最 大 接觸 應(yīng) 力 許 用 接觸 應(yīng) 力n H 2 21 21 211 1( ) FLE E 21 211

8、nE FZ b1、 2 兩 圓 柱 體 材 料 的 泊 松 比E1、 E2 兩 圓 柱 體 材 料 的 彈 性 模 量“+” 號 用 于 外 接 觸 ， “ ” 號 用 于 內(nèi) 接 觸 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 1 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 dCN sin2111 dCN sin2222 d dzzu 1212 dd coscos11 ud u tancos )1(211 121 1221 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 bFZ nEH 機 械 設(shè) 計 nnc KFF

9、 cos21 1d KT 2ZbL nEH FZ b ubd uKTZZ 2112E )1(2tancos 2 MPa)1(2 211HE ubd uKTZZZ 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 1H E H 212 ( 1)KT uZ Z Z bd u 節(jié) 點 區(qū) 域 系 數(shù) （ 圖 3-11）材 料 系 數(shù) MPa（ 表 3-2）一 對 相 嚙 合 的 大小 兩 輪 ， 其 接 觸應(yīng) 力 一 樣 嗎 ？重 合 度 系 數(shù) 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 bFZ nEH 機 械 設(shè) 計 HlimHP Hmin NZS 3-

10、4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 natN 60主 動 主 動 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 MPa)1(2 H P211HEH ubd uKTZZZ 2H E 131 H P d2 1( ) mmZ Z Z KT ud u 1d db 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 d 越 大 ， 接 觸 強 度 越 小 , (Fn 減 小 ;齒 廓 平 直 ) 齒 寬 系 數(shù) MPa)1(2 H P211HEH ubduKTZZZ 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強

11、度 計 算 機 械 設(shè) 計 2H E 131 H P d2 1( ) mmZ Z Z KT ud u 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 H limH P H min NZS H P211HEH )1(2 ubduKTZZZ b1=b2 b1b2 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 F FP Fn （ 動 畫 ） 300M NSF BD SF b E 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 Fn Fn FncosF FnsinFFFyt 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的

12、 強 度 計 算 E 機 械 設(shè) 計 WMF n F FcosF hW F1 FF 212 coscos /6KT hd bS 1 F212 6 coscosKTbd m FnFncosFF SF hF F1 21 6 cos2 cosmKTbd m 1 Fa12KT Ybd m YFa SF b 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 FFa 26 coscosY 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 考 慮 切 應(yīng) 力 、 壓 應(yīng) 力 及 過

13、 渡 圓 角 處 應(yīng) 力 集 中 的 影 響 ， 引 入 應(yīng)力 修 正 系 數(shù) YSa（ 圖 3-15） 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 saY 機 械 設(shè) 計 1F Fa Sa12 MPaKT Y Y Ybd m Y 0.65 0.85 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算Fa1 Fa2Y Y z1 z2 Sa1 Sa2Y YFa1 Sa1 Fa2 Sa2Y Y Y Y 機 械 設(shè) 計 Flim STFP Fmin NY YS 一 對 相 嚙 合的 大 小 兩 輪 ，其 彎 曲 強 度是 否 一 樣 ？ FP1 FP2 Fa1 Sa1 Fa2

14、 Sa2FP1 FP2Y Y Y Y F1 F2 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 1F1 Fa1 Sa112KT Y Ybd m 1 Fa Sa3 21 FP2 (mm)dKT Y Y Ym z 1 1F2 Fa2 Sa2 Fa2 Sa2 FP23 21 d 12 2 (MPa)KT KTY Y Y Y Ybd m m z 取 兩 者 中 的大 值 代 入 1 Fa1 Sa13 2d 12KT Y Y Ym z FP1 (MPa)向 上 圓 整為 標(biāo) 準(zhǔn) 值 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 MPa2 FPS

15、aFad213 1F YYYzm KT 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算FP1Sa1Fa1 YY FP2Sa2Fa2 YY 機 械 設(shè) 計 齒 數(shù) z1 的 選 取分 度 圓 直 徑 d 一 定 時 （ 即 a、 i 不 變 ） ：YFaYSa m FF F m 平 穩(wěn) h 切 削 量 少 ， 省 工 省 時原 則 ： 在 保 證 齒 根 彎曲 強 度 的 前 提 下 ， 選取 盡 可 能 多 的 齒 數(shù) 。 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 MPa2 FPSaFa11F YYYbmdKT 3-4 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳

16、動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 mn1=mn2 n1=n2 b1=-b2 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 112dT t tanF b ntancostF b Fn FrFtFf btn ncos cosFF b 一 般 齒 輪 ： b =10 25人 字 齒 輪 ： b =25 40b Fan 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 力 的 方 向 ： Ft1 Fa1 主 動 輪 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度

17、 計 算 機 械 設(shè) 計 n1 n2F F r1 r2F F a1 a2F F t1 t2F F例 ： n 1n2 12 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算Fa2Fa1 Ft1Ft2 Fr2Fr1 n2n1Fa1Fa2 Ft1Ft2 Fr2Fr1 機 械 設(shè) 計 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 b 212 cos2 dba b 211 cosddv b311 cosTTv bcosbbv uzzzzu vvv 1212 機 械 設(shè) 計 1H E H 212 ( 1)KT uZ Z Z bd u 1H E H 212 ( 1)KT uZ Z Z

18、 Z bd u cosZ 0.75 0.88Z 11 cosnm zd btt bHZ btancos cos22 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 1H E H HP1 HP2212 1 min , (MPa)KT uZ Z Z Z bd u H E 2 131 HP d2 1( ) (mm)Z Z Z Z KT ud u HP1 HP2min , d 1b d 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 設(shè) 計 式 ： mm)(12)ZZZZ(3 12EH1 uuKTd dH P add 2 21bcosn zmd

19、3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 1F Fa Sa 1 n2 (MPa)KT Y Y Y Ybd m 0.65 0.85Y 0.85 0.92Y 3v /cos z z 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 1F1 Fa1 Sa1 FP11 n2 (MPa)KT Y Y YYbd m 21 Fa Sa3n 2d 1 FP2 cos (mm)KT YY Y Ym z 1F2 Fa2 Sa2 FP21 n2 (MPa)KT Y Y YYbd m 大 值 代 入 3-5 斜 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算

20、 機 械 設(shè) 計 3-6 直 齒 圓 錐 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 2211 ; mzdmzd uu 21 tan;/1tan 21 15.0 udR Rb/R 1Rm1 )5.01( dd mm )5.01( Rm 3-6 直 齒 圓 錐 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 11m1v cosdd 22m2v cosdd 111v coszz 222v coszz 221 121v2vv coscos uzzzzu 111v1tv1 cos2 TdFT 3-6 直 齒 圓 錐 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 Fn Ft FrFf

21、Fan t1 cosF F 1 m12T d t1 1tan sinF t1 1tan cosF t1 t2F F r1 a2F F a1 r2F F Ff 3-6 直 齒 圓 錐 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 Ft2 = Ft1 ； Fr2= Fa1； Fa2= Fr1n2Fr2Fa2 Fr1Ft1Fa1n1 Ft2 3-6 直 齒 圓 錐 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 1H H E HP2 3R R 140.85 (1 0.5 )KTZ Z d u 2H E 131 2HP R R4( ) 0.85 (1 0.5 )Z Z KTd u 取 有 效

22、 齒 寬beH 0.85b 3-6 直 齒 圓 錐 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 討 論 ：初 選 z1 計 算 m=d1/z1， 并 向 上 取 標(biāo) 準(zhǔn) 值計 算 d1= mz1、 z2、 d2、 u 等 21 15.0 udR R 不 能 圓 整 ！ mm)5.01(85.0 43 2RR 12H PHE1 uKTZZd 設(shè) 計 式 ： 小 錐 齒 輪 大 端 分 度 圓 直 徑 3-6 直 齒 圓 錐 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 直 齒 圓 柱 齒 輪 ： 11F Fa Sa3 2d2KT Y Y Ym z 1F Fa Sa FP2 3 2

23、214(1 0.5 ) 1R RKT Y Ym z u 1 Fa Sa3 2 2 2 FP14(1 0.5 ) 1R RKT Y Ym z u v /cosz z 大 值 代 入 忽 略 重 合 度 的 影 響 ， 代 入 當(dāng) 量 齒 輪 參 數(shù) ， 由 3-6 直 齒 圓 錐 齒 輪 傳 動 的 強 度 計 算 機 械 設(shè) 計 強 度 設(shè) 計 ：結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 ： (由 齒 頂 圓 直 徑 決 定 ) 機 械 設(shè) 計 3-7 齒 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 機 械 設(shè) 計 毛 坯 是 鍛 造 3-7 齒 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 機 械 設(shè) 計 毛 坯 是 鍛 造 3-7 齒 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè)

24、計 機 械 設(shè) 計 毛 坯 是 鑄 造材 料 為 鑄 鐵或 鑄 鋼 3-7 齒 輪 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 機 械 設(shè) 計 軟 齒 面 硬 度 350H BS， 硬 齒 面 硬 度 350H BS 或 38H RC載 荷 大 小 ： 重 載 、 輕 載工 作 環(huán) 境 ： 閉 式 、 開 式 3-8 齒 輪 傳 動 的 設(shè) 計 方 法 和 參 數(shù) 選 擇 機 械 設(shè) 計 3-8 齒 輪 傳 動 的 設(shè) 計 方 法 和 參 數(shù) 選 擇 機 械 設(shè) 計 3-8 齒 輪 傳 動 的 設(shè) 計 方 法 和 參 數(shù) 選 擇 機 械 設(shè) 計 3-8 齒 輪 傳 動 的 設(shè) 計 方 法 和 參 數(shù) 選 擇 機 械

25、設(shè) 計 1 115kW 970r/min 4P n u 3-8 齒 輪 傳 動 的 設(shè) 計 方 法 和 參 數(shù) 選 擇 機 械 設(shè) 計 直齒圓柱齒輪 1、 選 擇 材 料 和 熱 處 理 方 式2、 計 算 許 用 接 觸 應(yīng) 力 、 許 用 彎 曲 應(yīng) 力3、 初 選 ： z1、 z2 、 d，查 取 K、 ZE、 ZH 閉 式 齒 輪 ？3、 初 選 ： z1、 z2 、 d ，查 取 K、 YFa、 YSa2H E 131 HP d2 1( )Z Z Z KT ud u Fa Sa13 2d 1 FP2 Y Y YKTm z 4、 計 算 模 數(shù) 并 向 上 取 標(biāo) 準(zhǔn) 值 11 zdm

26、 4、 模 數(shù) 向 上 取 標(biāo) 準(zhǔn) 值5、 求 a， b1、 b2， d1、d 2、 da1、 da2， df1、 df2 5、 求 a， b1、 b2， d1、d2、 da1、 da2， df1、 df26、 查 YFa、 YSa， 校 核 彎 曲 疲 勞 強 度 6、 查 取 ZE、 ZH， 校 核 接 觸 疲 勞 強 度 按 彎 曲 強度 設(shè) 計 ，不 需 校 核接 觸 強 度 ，只 增 大 模數(shù) 即 可 (以下 略 )Y N軟 齒 面 ？ NY 1F Fa Sa FP12KT Y Y Ybd m 1H E H HP212 ( 1)KT uZ Z Z bd u 直 齒 圓 錐 齒 輪設(shè)

27、計 思 路 與 直齒 圓 柱 齒 輪 相同 ！ 3-8 齒 輪 傳 動 的 設(shè) 計 方 法 和 參 數(shù) 選 擇 機 械 設(shè) 計 斜齒圓柱齒輪 1、 選 擇 材 料 和 熱 處 理 方 式2、 計 算 許 用 接 觸 應(yīng) 力 和 許 用 彎 曲 應(yīng) 力3、 初 選 ： z1、 z2 、 d、 b0 閉 式 齒 輪 ？H E 2 131 HP d2 1( )Z Z Z Z KT ud u 6、 計 算 模 數(shù) 并向 上 取 標(biāo) 準(zhǔn) 值 m n 0 1 0 1cosnm d zb Y N9、 求 b1、 b2， d1、 d2、da1、 da2， df1、 df2 7、 求 中 心 距 a0， 并 圓 整 為 a ：0 1 2 0( ) 2cosna m z z b 10、 查 取 Y、 Yb， 計 算Zv1、 Zv2， 查 YFa、 Ysa，校 核 彎 曲 疲 勞 強 度8、 求 實 際 螺 旋 角 2)(arccos 21 azzmn b4、 查 取 ： K、 ZE、ZH、 Z、 Zb ?軟 齒 面 ？ 1F Fa Sa FP12KT Y Y YYbd m YN自 己思 考 N為 制 造 、 檢測 方 便 ！ 精 確 到 秒 ！ 3-8 齒 輪 傳 動 的 設(shè) 計 方 法 和 參 數(shù) 選 擇 機 械 設(shè) 計 3 齒 輪 傳 動 機 械 設(shè) 計