第6章齿轮传动(2设计部分)课件.pptx
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- 齿轮 传动 设计 部分 课件
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1、一、对齿轮材料性能的要求一、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。面硬、芯部韧。6.56.5 齿轮材料与制造齿轮材料与制造 常用常用齿齿轮材料轮材料锻钢锻钢 铸钢铸钢 铸铁铸铁常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料;轮材料;适用于高速、轻载、且要求降低适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。噪声的场合。非金属材料非金属材料 二、常用齿轮材料二、常用齿轮材料 钢材的韧性好,耐冲击,
2、通过热处理和化学处理可钢材的韧性好,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。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。耐磨性及强度较好,常用于大尺寸齿轮。含碳量为含碳量为(0.150.6)%(0.150.6)%的碳素钢或合金钢。的碳素钢或合金钢。一般齿轮用碳素钢,重要齿轮用合金钢。一般齿轮用碳素钢,重要齿轮用合金钢。 牛牛文库文档分享 表表6 6-3 常用齿轮材料及其机械性能常用齿轮材料及其机械性能 材料牌号材料牌号 热处理方法热处理方法 强度极限强度极限 屈服极限屈服极限 硬度硬度 (HBS)B/MPa S/Mpa 齿芯部齿芯部
3、 齿面齿面HT250 250 170241 HT300 300 187255 HT350 350 197269 QT500-5 500 147241 QT600-2 600 229302 ZG310-570 常化常化 580 320 156217 ZG340-640 650 350 169229 45 580 290 162217 45 217255 4050HRC 40Cr 241286 4855HRC 调质后表调质后表面淬火面淬火 牛牛文库文档分享 续表续表6 6-3 常用齿轮材料及其机械性能常用齿轮材料及其机械性能 材料牌号材料牌号 热处理方法热处理方法 强度极限强度极限 屈服极限屈服极
4、限 硬度硬度 (HBS)B/MPa S/Mpa 齿芯部齿芯部 齿面齿面ZG340640 700 380 241269 45 650 360 217255 30CrMnSi 1100 900 310360 35SiMn 750 450 217269 38SiMnMo 700 550 217269 40Cr 700 500 241286 20Cr 650 400 300 20CrMnTi 1100 850 300 12Cr2Ni4 1100 850 320 35CrAlA 950 750 255321 85HV 渗碳后淬火渗碳后淬火调质调质20Cr2Ni4 1200 1100 350 38CrMn
5、AlA 1000 850 255321 85HV 夹布胶木夹布胶木 100 2535 调质后氮化调质后氮化(氮氮化层化层 0.30.5)0.30.5) 牛牛文库文档分享热处理方法热处理方法表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火调质调质正火正火渗氮渗氮 一般用于中碳钢和中碳合金钢,如一般用于中碳钢和中碳合金钢,如45、40Cr等。表等。表面淬火后轮齿变形小,可不磨齿,硬度可达面淬火后轮齿变形小,可不磨齿,硬度可达5256HRC,面硬芯软,能承受一定冲击载荷。面硬芯软,能承受一定冲击载荷。1.1.表面淬火表面淬火-高频淬火、火焰淬火高频淬火、火焰淬火三、齿轮材料的热处理和化学处理三、齿轮材料的热处理和化
6、学处理 2.2.渗碳淬火渗碳淬火 渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢,的低碳钢和低碳合金钢,如如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿面硬度达5662HRC,齿面接触强,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。重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。 牛牛文库文档分享 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢,如调质一般用于中碳钢和中碳合金钢,如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。调质处理后齿面硬度为:等。调质处理后齿面硬度为:220260HBS 220260HBS。因为
7、硬度不高,故可在热处理后精。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。切齿形,且在使用中易于跑合。3.3.调质调质4.正火正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切正火能消除内应力、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。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。理。大直径的齿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渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低,轮齿变形小,适用于难。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:以磨齿的场
8、合,如内齿轮。材料为:38CrMoAlA.5.渗氮渗氮 牛牛文库文档分享特点及应用:特点及应用:调质、正火处理后的硬度低,调质、正火处理后的硬度低,HBS 350HBS 350,属软齿属软齿面,工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面,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,小轮比大轮硬度高理时,小轮比大轮硬度高:2050HBS2050HBS 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高,属硬度高,属硬齿面。其承载能力高,但一般需要磨齿。常用于结硬齿面。其承载能
9、力高,但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。构紧凑的场合。 牛牛文库文档分享四、齿轮材料选用的基本原则四、齿轮材料选用的基本原则 1)1)齿轮材料必须满足工作条件的要求,如强度、寿齿轮材料必须满足工作条件的要求,如强度、寿 命、可靠性、经济性等;命、可靠性、经济性等;2)2)应考虑齿轮尺寸大小,毛坯成型方法及热处理和应考虑齿轮尺寸大小,毛坯成型方法及热处理和 制造工艺;制造工艺;3)3)正火碳钢,只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击正火碳钢,只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击 下工作的齿轮;调质碳钢可用于在中等冲击载荷下工作的齿轮;调质碳钢可用于在中等冲击载荷 下工作的齿轮;下工作的齿轮;6)6)钢
10、制软齿面齿轮,其配对两轮齿面的硬度差应保钢制软齿面齿轮,其配对两轮齿面的硬度差应保 持在持在3050HBS或更多。或更多。4)4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工 作的齿轮;作的齿轮;5)5)航空齿轮要求尺寸尽可能小,应采用表面硬化处航空齿轮要求尺寸尽可能小,应采用表面硬化处 理的高强度合金钢;理的高强度合金钢; 牛牛文库文档分享 6.8 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断一般发生在齿根处,严重过载突然断裂、疲劳折断。一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 失效形式失效形式 牛牛文库文档分享提高轮齿抗折断能力的措
11、施:提高轮齿抗折断能力的措施:1)增大齿根过渡圆角半径,消除加工刀痕,减小齿根增大齿根过渡圆角半径,消除加工刀痕,减小齿根应力集中;应力集中;2)增大轴及支承的刚度,使轮齿接触线上受载较为均匀;增大轴及支承的刚度,使轮齿接触线上受载较为均匀;3)采用合适的热处理,使轮齿芯部材料具有足够的韧性;采用合适的热处理,使轮齿芯部材料具有足够的韧性;4)采用喷丸、滚压等工艺对,对齿根表层进行强化处理。采用喷丸、滚压等工艺对,对齿根表层进行强化处理。 牛牛文库文档分享 齿面接触疲劳齿面接触疲劳齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时,表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处,
12、齿面越硬,抗点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面点蚀齿面点蚀6.86.8 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 牛牛文库文档分享齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合高速重载传动中,常因啮合区温度升高而引起润滑失效,致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时,较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。措施:措施:1.提高齿面硬度提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂加抗胶合添加剂高速6.8 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮
13、齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 牛牛文库文档分享 齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损措施:措施:1.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度2.改善润滑条件,清洁环境改善润滑条件,清洁环境磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损跑合磨损、磨粒磨损。齿面点蚀齿面点蚀轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 3.提高齿面硬度提高齿面硬度 牛牛文库文档分享 从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损齿面点蚀齿面点蚀6.8 轮齿的失效形式及设计准则轮齿的失效形式及设计准则 轮
14、齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面塑性变形齿面塑性变形一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式 表面凸出表面凸出表面凹陷表面凹陷 牛牛文库文档分享二、齿轮的二、齿轮的设计准则设计准则 保证足够的齿根弯曲疲劳强度,以免发生齿根折断。保证足够的齿根弯曲疲劳强度,以免发生齿根折断。保证足够的齿面接触疲劳强度,以免发生齿面点蚀。保证足够的齿面接触疲劳强度,以免发生齿面点蚀。由工程实践得知:由工程实践得知:闭式软齿面齿轮传动,按齿面接触疲劳强度设计、弯闭式软齿面齿轮传动,按齿面接触疲劳强度设计、弯曲强度校核。曲强度校核。对高速重载齿轮传动,除以上两设计准则外,还应对高速重载齿轮传动,除以上两设计准则外,还应
15、 按齿面抗胶合能力的准则进行设计。按齿面抗胶合能力的准则进行设计。闭式硬齿面齿轮传动,同时计算闭式硬齿面齿轮传动,同时计算齿面接触疲劳强度和齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度开式齿轮传动,只计算齿根弯曲疲劳强度。开式齿轮传动,只计算齿根弯曲疲劳强度。 牛牛文库文档分享6.9 渐开线圆柱齿轮传动的精度渐开线圆柱齿轮传动的精度GB10095.12001GB10095.22001渐开线圆柱齿轮精度:渐开线圆柱齿轮精度:GB100951988锥齿轮:锥齿轮:GB113651989圆柱齿轮精度制圆柱齿轮精度制 GB/T 1009520081212个等级个等级 1(1(高高)12(12(低
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