机械制造与方案齿轮传动失效形式精度受力分析及计算载荷.docx
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机械制造与方案齿轮传动失效形式精度受力分析及计算载荷
课时授课计划
第52次课
【教案课题】§10-1齿轮传动的失效形式和计算准则
§10-2齿轮的材料及热处理
§10-3齿轮传动的精度
【教案目的】:
掌握齿轮传动的失效形式及计算准则。
【教案重点及处理方法】:
齿轮传动的失效形式及计算准则。
处理方法:
详细讲解
【教案难点及处理方法】:
计算准则
处理方法:
比较讲解
【教案方法】:
讲授法
【教具】:
三角板
【时间分配】:
引入新课5min
新课80min
小结、作业5min
第52次课
【提示启发引出新课】
齿轮传动要求运转平稳且有足够的承载能力。
在设计齿轮传动时,要根据工作要求,选定齿轮材料、齿面硬度及精度等级,计算轮齿承受的载荷与转速的大小。
进而判断齿轮的失效形式,确定计算准则,进行强度的计算,确定传动参数和结构。
【新课内容】
§10-1齿轮传动的失效形式和计算准则
一齿轮传动的失效形式
1轮齿折断
机理:
齿根的弯曲应力及应力集中,在多次的重复作用下,齿根圆角处会产生裂纹,裂纹扩展导致疲劳折断。
当轮齿受到过载或冲击载荷时会发生过载折断。
发生部位:
齿根。
防止措施:
增大齿根圆角半径,提高齿面硬度,降低表面粗糙度。
2疲劳点蚀
发生场合:
润滑良好的闭式齿轮传动。
机理:
齿面的交变接触应力的多次的重复作用下,齿面节线附近会产生裂纹,裂纹中的润滑油在压力的作用下形成大的油压,加速裂纹扩展导致表面贝壳状的小片剥落。
发生部位:
节线附近。
防止措施:
提高齿面硬度,降低表面粗糙度,增大润滑油粘度,采用合理的变位。
3齿面胶合
发生场合:
高速重载。
机理:
由于齿面间的压力大,瞬时温度高,润滑效果差,导致金属的直接粘连,当齿面作相对运动时,粘住的地方被撕破,从而在齿面上形成大面积的伤痕。
发生部位:
整个齿面。
防止措施:
提高齿面硬度,降低表面粗糙度,采用抗胶合能力强的润滑油和抗胶合性能好的齿轮副材料,采用合理的变位。
4磨粒磨损
发生场合:
开式。
机理:
由于外界的硬颗粒进入啮合工作面,导致磨粒磨损。
防止措施:
采用闭式传动及润滑油的清洁和更换。
5塑性变形
发生场合:
低速重载。
机理:
齿面较软的轮齿,载荷和摩擦力有很大时,在啮合过程中,齿面表层的材料就容易沿着摩擦力的方向产生塑性变形。
发生部位:
节线附近。
防止措施:
提高齿面硬度,增大润滑油粘度。
二齿轮传动的设计准则
闭式齿轮传动:
✓通常以保证齿面接触疲劳强度为主。
✓对于齿面硬度很高,齿心强度较低的齿轮,则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。
✓若两轮均为硬齿面,且硬度基本相同时,可视情况而定。
开式齿轮传动:
✓主要失效形式是齿面磨粒磨损和轮齿弯曲疲劳折断,通常只进行弯曲面疲劳强度计算。
✓为补偿轮齿因磨损而产生的影响,可考虑适当加大模数。
齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位不进行强度计算。
§10-2齿轮的材料及热处理
一、常用的齿轮材料
1、钢
1)锻钢软齿面齿轮(HBS≤350)硬齿面齿轮(HBS>350)
(2)铸钢
2、铸铁
灰铸铁:
价格低廉,铸造性能、加工性能、减摩性能、抗点蚀和抗胶合性能均较好,但抗弯强度、耐冲击性和耐磨损性能较差,有自润滑作用,常用于轻载、低速、工作平稳的场合。
球墨铸铁:
有较高的力学性能,有时可用来替代铸钢。
3、非金属材料
一般用于高速、轻载的齿轮传动。
它可以明显降低噪声。
二、钢及其热处理
✓表面淬火:
一般用于中碳钢和中碳合金钢,齿面硬度可达52~56HRC,接触强度高,耐磨性好,能承受一定的冲击载荷。
✓渗碳淬火:
一般用于低碳钢和低碳合金钢,齿面硬度可达56~62HRC,接触强度高,耐磨性好,能承受冲击载荷。
✓调质:
一般用于中碳钢和中碳合金钢,齿面硬度可达220~260HBS,用于机械强度要求较高而齿面硬度要求不高的场合。
✓正火:
能消除内应力,细化晶粒,改善力学性能和切削性能,对机械强度要求不高的齿轮可用正火处理。
✓渗氮:
是一种化学热处理,渗氮后不再进行其它热处理,齿面硬度可达60~62HRC,齿变形小,用于难于磨齿的场合。
§10-3齿轮传动的精度
在国标GB10095-88和GB11365-89中,分别对圆柱齿轮和锥齿轮规定有12个精度等级,1级最高,12级最低,并根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性的要求不同,将每个精度等级的公差分成三组。
精度等级
圆周速度(v/m·s-1)
应用
直齿圆柱齿轮
斜齿圆柱齿轮
直齿锥齿轮
6高精度
≤15
≤30
≤9
高速重载下工作的齿轮
7精密
≤10
≤20
≤6
高速中载或中速重载下工作的齿轮
8中等精度
≤5
≤9
≤3
一般机械中的齿轮
9低精度
≤3
≤6
≤2.5
低速重载下工作的齿轮
【小结】:
齿轮传动的失效形式及计算准则的选择。
【作业】:
预习下一节。
【后记】:
课时授课计划
第53次课
【教案课题】§10-4齿轮传动的作用力及计算载荷
【教案目的】:
掌握齿轮传动的作用力及计算载荷
【教案重点及处理方法】:
齿轮传动的作用力及计算载荷
处理方法:
详细讲解
【教案难点及处理方法】:
力的方向
处理方法:
分析讲解
【教案方法】:
讲授法
【教具】:
三角板
【时间分配】:
引入新课5min
新课80min
小结、作业5min
第53次课
【提示启发引出新课】
齿轮传动要求运转平稳且有足够的承载能力。
在设计齿轮传动时,要根据工作要求,选定齿轮材料、齿面硬度及精度等级,计算轮齿承受的载荷与转速的大小。
进而判断齿轮的失效形式,确定计算准则,进行强度的计算,确定传动参数和结构。
【新课内容】
§10-4齿轮传动的作用力及计算载荷
一轮齿上的作用力
下图,法向力
可以分解成圆周力
和径向力
。
圆周力
:
主动轮上与线速度方向相反,从动轮上与线速度方向相同。
径向力
:
方向指向各自的轮心。
因为两齿轮的轴线平行,所以
Fn2=-Fn1
Fr2=-Fr1Ft2=-Ft1
式中:
T1—小齿轮传递的转矩(Nmm)
d1—小齿轮的分度圆直径(mm)
α--分度圆压力角α=20°
设计时,通常已知小齿轮传递的功率P1(KW)及其转速n1(r/min),故小齿轮传递的转矩T1=9.55×106P1/n1
二计算载荷
(1)内部因素引起Fn沿齿宽b载荷集中
(2)外部因素引起附加动载荷.
式中:
◆
:
使用系数,考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。
它与原动机与工作机的类型与特性,联轴器类型等有关
◆
:
动载系数,考虑齿轮制造精度、运转速度对轮齿内部附加动载荷影响的系数。
◆
:
齿间载荷分配系数,考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀影响的系数。
Kα分为KHα(按齿面接触疲劳强度计算时用的齿间载荷分配系数)与KFα(按齿根变曲疲劳强度计算时用的齿间载荷分配系数)
◆
:
齿向载荷分配系数,考虑沿齿宽方向载荷分配不均匀影响的系数。
Kβ分为KHβ(按齿面接触疲劳强度计算时用的系数)与KFβ(按齿根变曲疲劳强度计算时用的系数)
【小结】:
齿轮传动的作用力的计算。
【作业】:
2
【后记】:
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- 关 键 词:
- 机械制造 方案 齿轮 传动 失效 形式 精度 分析 计算 载荷