齿轮设计技术第四部分讲解课件.ppt

1、第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点471 行星齿轮设计特点472 锥齿轮齿轮设计特点473 高速齿轮设计特点474 蜗杆传动设计特点47.5 双圆弧齿轮传动特点 第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.1 7.1 行星齿轮设计特点行星齿轮设计特点(1)均载机构问题 太阳轮浮动 行星架浮动(2)变位选择问题（内外啮合角）外啮合角22-25 内啮合角17-204 (3)行星轮各数（3、4、5、6）优先选择：3、5(4)内齿圈磨损问题第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点(5)行星强度问题 行星齿轮传动

2、强度计算中，由于行星齿轮传动结构的多样化，计算其他类型行星齿轮传动，建议在强度计算中用传递的扭距（N.M）作为输入，其结构可分解为外啮合和内啮合，按外啮合和内啮合进行计算，不要用功率作为输入，计算结果可作为参考。(6)多对参与啮合问题(7)内齿圈顶圆与重迭干涉问题 行星齿轮传动中，行星轮的顶圆直径在外啮合和内啮合中可能不同，一般可采用 外啮合的顶圆直径，差别较大时需注意对其它因素的影响（如：重合度、干涉等）。第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.2 7.2 锥齿轮齿轮设计特点锥齿轮齿轮设计特点（1）格里森弧齿锥齿轮（35度、等顶隙）（2）该软件主要是为格利森

3、弧齿锥齿轮（等顶隙收缩齿）和国标制直齿锥齿轮直齿锥齿轮而设计的，其他类型可参考使用。（3）直齿和弧齿锥齿轮设计建议采用等顶隙收缩齿，不推荐其它齿形。（4）主要用于正交锥齿轮设计计算（轴交角为90度）。4 1.直齿（等顶隙收缩齿、不等顶隙收缩齿）4 2.斜齿（等顶隙收缩齿、不等顶隙收缩齿）4 3.弧齿（等顶隙收缩齿）.零度齿（双重收缩齿、等顶隙收缩齿）4 弧齿与摆线齿，格里森（收缩齿）与克林根（等高齿）区别第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.3 7.3 高速齿轮设计特点高速齿轮设计特点（1）齿数组合要求（2）速比要求、小于0.5%（3）变位系数设计问题（4）

4、滑差率要求，大小轮最大滑动系数应小于1.7（5）临界转速要求 系统动力学（指：电动机齿轮箱工作机-的扭振），不同用途的系统动力学是不一样的。单对齿轮箱研究系统动力学意义不大。（6）滑动轴承特性与轴的强度刚度（7）润滑要求（8）高速重载：4-5级（9）侧隙 一般为(0.03-0.05)*Mn 建议：(0.05-0.08)*Mn第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.4 7.4 蜗杆传动设计特点蜗杆传动设计特点（1）采用常用设计组合（2）导程角在15-30度时，蜗杆效率较高。（3）当导程角小于啮合摩擦角时，机构产生自锁，（4）通常取导程角小于3.5度,Z1=1，效

5、率很低（小于0.5）。（5）Z2、Z1尽量避免有公因数（6）蜗杆材料 1渗碳淬火 16CrMn,20Cr,20CrMn,20CrMnTi,20Cr2Ni4A等4 2调质 40Cr,42CrMo,35CrMo等（7）蜗轮材料 （1）铸造锡青铜 ZCuSn10Pb1（国内最常用）（2）铸锡锌青铜 ZCuSn10Zn24平面二次包络的承载能力计算一般也采用直廓环面蜗杆计算方法，4直齿平面包络蜗杆一般用于精密分度装置，第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点47.5 7.5 双圆弧齿轮设计特点双圆弧齿轮设计特点4 圆弧齿轮在高速齿轮行业应用是我国的一大特色，正向中硬齿面和应

6、齿面发展，采用“中硬调质”-“精滚修形”-“氮化”-“珩齿”，精度5级（1）啮合特性要求（2）齿宽要求与重合度（3）斜齿传动（4）齿根加工精确度 1、双圆弧齿轮设计是以经验公式为设计基础，建议在疲劳强度计算中采用经验公式进行计算，不推荐用国标GB计算方法。2、双圆弧齿轮疲劳强度提供两种强度计算方法：这两种强度计算方法在齿轮接触强度极限应力（H1、H2）和齿轮弯曲强度极限应力（F1、F2）是不一样的。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术4 材料与热处理是齿轮制造中很重要的一个环节。48 81 1 热处理工艺主要形式热处理工艺主要形式 4 气体渗氮4 液体渗氮 4 渗碳淬火4

7、感应或火焰淬火（齿面、齿根、整体硬化区别）4 调质 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48 82 2 材料与热处理质量控制材料与热处理质量控制4 4 材料与热处理质量控制分三档：ME、MQ、ML4 ML表示齿轮加工过程中材料质量与热处理工艺的一般要求4 MQ表示有经验制造者在通常成本下可达到的质量要求4 ME表示必须具有高可靠度的制造过程控制才能达到的等级4 4 注意：与接触弯曲的许用应力值的选取有密切关系。第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48 83 3 齿轮材料的选择齿轮材料的选择4 （1）齿轮材料的合金化 4 齿轮的淬火硬度取决于碳含量，其他合

8、金元素是为了满足或改善各种特殊性能，如：Cr、Mn、Mo、V可提高淬透性，V、Ti可控制高温下晶粒度的长大，Ni可增加朔性和韧性，Mo、V可使渗氮后表面形成高硬度化合物，Pb、Ce可改善切削性能。齿轮材料可根据不同的性能要求和成本来考虑。4 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术4 （2）齿轮材料的重要热处理特征4 4 淬透性4 淬硬性4 过热的敏感性4 回火的稳定性4 变形开裂性4 尺寸稳定性4 回火脆性 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48 84 4 热处理变形控制措施热处理变形控制措施4减小表面淬火变形的一般措施：4 消除毛坯内应力细化组织（毛坯

9、正火）4 较低的淬火温度 （淬火前调质）4 较短的加热时间 4 消除机加工应力 （淬火前600-650度预热）4 均匀加热4 缓和的冷却4 增加齿轮毂体的强度4减小齿轮渗碳淬火热处理变形的措施：4 合理的齿轮结构设计4 合理的加热淬火夹具及装夹方式4 热处理前的齿轮加工尺寸调整（掌握变形规律、变形补偿）第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术4 8 85 5 热处理的常见缺陷及防止措施热处理的常见缺陷及防止措施 4 851 调质齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-1）4 852 表面淬火齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-2）4 853 渗碳淬火齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-3）4

10、854 氮化齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-4）第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48 86 6 热处理其它问题热处理其它问题4有效硬化层深：一般为：（0.15）0.2Mn-0.25Mn (0.25Mn-0.3Mn)4热处理变形：1、防变形，4 2、变形补偿，（大直径1000mm应考虑对磨齿留量的影响）4 3、磨量一般不应超过0.5mm4 材料与热处理对应问题4 渗碳层深4 硬度梯度（齿面硬度、心部硬度、齿面硬度降HRC1强度降20%）4 热处理变形及变形补偿，（大直径1000mm应考虑对磨齿留量的影响）第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术48.7 8

11、.7 小模数的特点：小模数的特点：4（1）齿面硬化容易淬透，硬度不宜过高；4 对于模数小于1时，齿面硬度不宜过高。4 对于模数大于1时，可以采用硬齿面磨齿（HRC56以上）。4（2）不锈钢氮化工艺比较难控制。4（3）对于温度变化较大，必须考虑齿轮和箱体材料线膨胀系数不同。尽量采用齿轮和箱体材料线膨胀系数是相同的。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49 91 1 齿轮加工的方法齿轮加工的方法（）滚切法（滚齿、滚插，滚磨）（）成形法（铣齿、插齿、拉齿、成形磨齿）（）空间形法（铸造、压铸、模锻）第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49 92 2 齿轮加工应注

12、意的问题齿轮加工应注意的问题4921 滚插法时应注意的问题（1）刀具磨损（2）齿根圆角半径（3）齿顶棱角倒圆（4）加工齿轮时有冲击载荷产生（5）大模数开槽调质，初滚、精滚。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题4922 磨齿时应注意的问题（1）磨削台阶（2）磨削烧伤（3）磨削裂纹（4）磨削留量与变形（5）齿根磨削（不能磨齿根，压应力变拉应力）（6）齿根喷丸强化处理。第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49 93 3 小模数齿轮加工小模数齿轮加工4931 对材料的要求 4 材料加工性能好4 容易得当较好的表面粗糙度4 材料稳定性好4 根据工况要求考虑强度和齿

13、面硬度4小模数齿轮常用的材料：4一般用途齿轮选用碳素钢或优质碳素钢4高强度的齿轮选用合金钢，抗腐蚀性的齿轮选用不锈钢第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49.3.2 9.3.2 小模数齿轮的技术要求小模数齿轮的技术要求4 运动精度4 工作平稳4 接触性能好4 合理的侧隙第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题49.3.3 9.3.3 小模数齿轮的加工特点小模数齿轮的加工特点4 （1）小模数齿轮加工过程时要防止齿轮变形和断裂4 （2）单级传动比大，小轮齿数较少4 （3）加工设备和工具的精度要求4 （4）加工车间要有较好的环境要求第第9 9章章 齿轮加工工艺有关

14、问题齿轮加工工艺有关问题4 9.3.4 9.3.4小模数齿轮的加工方法小模数齿轮的加工方法 4 滚齿、插齿、磨齿等4 无切屑加工方法有：冷扎、热扎、粉末冶金（烧结成型）、注塑成型。第第1010章章 润滑设计润滑设计410101 1 齿轮润滑特点齿轮润滑特点4 润滑剂是齿轮传动的一个元件，其作用十分重要4 齿轮传动中存在滚动和滑动，润滑状态会随时间而变化4 齿面压力大第第1010章章 润滑设计润滑设计410102 2 润滑剂的作用润滑剂的作用4 减少磨擦4 散热4 防绣4 降低振动冲击和噪声4 排污第第1010章章 润滑设计润滑设计410103 3 润滑剂应具备的主要性质润滑剂应具备的主要性质4

15、 具有合适的黏度和流动性4 具有良好的抗磨损性4 具有良好的氧化安定性4 抗乳化性4 抗泡沫性4 防锈性4 抗腐蚀性4 无毒性第第1010章章 润滑设计润滑设计410104 4 润滑的状态润滑的状态4 边界润滑4 混合润滑4 全模润滑第第1010章章 润滑设计润滑设计410105 5 润滑对齿轮失效的影响润滑对齿轮失效的影响4 主要抗点蚀、磨损、胶合。第第1010章章 润滑设计润滑设计410106 6 选用润滑油方法选用润滑油方法4 选用润滑油考虑的因素：4 从啮合原理考虑（渐开线平行轴、蜗杆传动）4 从负荷和速度考虑（高速轻载、高速重载、低速重载）4 从润滑状态考虑（边界润滑、混合润滑、全模

16、润滑）4 从工作、环境条件考虑（抗氧化、腐蚀、防锈、环境温度等）4 润滑油的使用要求：4 齿面负荷4 环境温度（-40-+50）4 油池温度（95度）4 其他条件（阳光、湿度、灰尘等）4 低温齿轮油4 油池加热器4 冷却第第1010章章 润滑设计润滑设计410108 8 小模数齿轮的润滑小模数齿轮的润滑4 小模数齿轮传动的传动功率小，抗外界干扰能力差。振动、冲击、灰尘、磁力和油垢等都会影响正常工作。小模数齿轮传动一般都没有完整的润滑系统，经常在润滑不良的条件下工作，有些齿轮还在半干摩擦状态下工作。4无论采用润滑油还是润滑脂，都要具有良好的抗老化性能、抗低温性能、抗磨损性能、摩擦阻力要小，不易变

17、质，不易挥发。4 国产主要仪表润滑油有：SH0138-92仪表油、SH0454-92精密仪表油、4122号高低温仪表油（SH0465-92）4 国产主要仪表润滑脂有：特12号精密仪表润滑脂，使用温度-70110度，4锂基润滑脂7007-7012，使用温度-60120度，烃基润滑脂ZJ53-3，使用温度-6055度。第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声4 齿轮的振动与噪声受齿轮系统各因素的影响是复杂的。如：齿轮在运行中受齿轮误差、装配误差、啮合刚度、轴的刚度和主动机及工作机等的复杂影响。第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声4111 引起振动与噪声的主要原因：引起振动与噪声的主

18、要原因：4 基节误差和齿形误差对振动与噪声的影响4 轮齿变形对振动与噪声的影响4 轴系结构的变形对振动与噪声的影响4 啮合冲击（冲击力和冲击速度）对振动与噪声的影响4 径向误差对振动与噪声的影响4 共振引起的振动噪声4齿轮的振动与噪声受传递功率的影响4小的齿宽对齿轮的振动与噪声有明显的影响第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声4112 降低振动与噪声的措施降低振动与噪声的措施4 几何参数的合理选择（模数较小、重合度大、变位合理选择、压力角）4 提高齿轮精度4 降低结构的变形4 齿廓修形对降低噪声是有效的。4 合理的运行转速4 减振的材料选择第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱

19、其他有关设计问题412121 1 小模数齿轮传动其它问题小模数齿轮传动其它问题41211 小模数齿轮传动对回差影响因素4 回差是精密齿轮传动装置的一项重要的质量指标，它直接影响伺服精度和系统的稳定性，在精密机械和仪器中则直接影响传动链的传动精度。4 回差大小取决于传动侧隙大小。进刀误差对侧隙影响（控制加工误差）齿轮双啮的径向综合误差对侧隙影响（控制加工误差）中心距偏差对侧隙影响（控制加工误差）传动轴弹性变形对侧隙影响（提高系统刚度）温度变化对侧隙影响（齿轮和箱体材料膨胀系数一致）4 当环境温度变化时，由于传动系统各零部件的材料热膨胀系数不同，导致箱体中心距和齿轮副的中心距的变化不同，从而导致齿

20、轮副的侧隙变化，而影响回差。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题41212 小模数齿轮传动回差控制方法 选择装配法（用于批量、配对法，来减少偏差）可移动轴承法（借助可移动轴承调节中心距，减小侧隙）单偏心轴承套法（用单个偏心套调节）双偏心轴承套法（用两个偏心套调节）锥形齿轮法（齿宽方向不同变位系数，两轮锥度方向相反）夹层齿轮法（如尼龙齿轮略大于一般齿轮，达到控制回侧隙目的）弹簧加载浮动齿轮法（一个齿轮固定，另一个齿轮由弹簧拉紧）等等。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题41213 小模数齿轮传动装置的结构设计 4 小模数齿轮传动装置的结构设计对

21、精密齿轮传动的精度、回差、振动和噪声等有密切关系。1 齿轮结构设计要考虑毛坯夹装到加工机床上应有足够的刚度，避免影响被切齿轮的精度。2 齿轮与轴的联接对联结的要求：（1）联接牢固可靠（2）保证轴和齿轮的同心度和垂直度（3）便于安装4 常用联接的方法：（1）销钉联接（2）螺钉联接（3）摩擦联接（4）键联接第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题 3、齿轮的支承（1）轴的设计（2）轴承配置（径向游隙、轴承偏心）（3）轴承（套筒轴承、滚动轴承）4 4、箱体的设计4 要求：强度刚度、使用寿命、几何位置的精度、加工工艺性等4 在环境温度变化较大时，要考虑箱体与齿轮的热膨胀系数的影响

22、。第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题41214 小模数齿轮传动性能测试误差侧量4 4 （1）静态测量法A 用光学度盘和读数显微镜测量传动误差B 用经纬仪和平行光管测量传动误差C 用多面体和自准平行光管测量传动误差D 用数字测角仪测量传动误差4 （2）动态测量法A 磁分度法B 地震仪法C 光删法第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题41215 小模数齿轮回差测量 用塞尺测量齿轮副侧隙 用千分表测量齿轮副侧隙 用度盘测量传动装置的回差 用电气元件测量传动装置的回差 用测量双向传动误差法测量回差 用逐步加载法测量传动装置的回差第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题4112 齿轮传动其它问题齿轮传动其它问题4 4 （1）接触区假象问题4 （2）齿轮精度与侧隙系统4 （3）旋转方向与旋向（高速轴向下受力）4 （4）输入轴齿轮远离扭矩端4 （5）轴向力方向不要朝向输入端