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直齿圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算

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图 9-9 动载系数 Kv

一对理想的渐开线齿廓,只有基圆齿距相等时才能正确啮合,瞬时传动比才恒定。但是由于制造误差、弹性变形等原因,基圆齿距不可能完全相等,这时当主动轮的角速度 速度

为常数时,从动轮瞬时角

将忽大忽小,从而产生附加动载荷。齿轮速度越高,精度越

低,齿轮动载荷越大。圆周速度越高,齿轮的精度就应越高。因此对不同精度等级的齿轮的最大圆周速度作了限制,见表 9-4 。反之,为了降低制造成本,精度等级可选得低些。

表 9-4 齿轮传动精度等级适用的速度范围 m/s 传动类

齿类型

型 圆柱齿

直齿轮

3,4,5 20 30 12 20

6 < 15 < 30 < 12 < 20

7 < 10 < 15 < 8 < 10

8 < 6 <10 < 4 < 7

9 < 2 < 4 < 1.5 < 3

齿轮精度等级

轮传动 斜齿轮 锥齿轮

直齿

传动 ① 斜齿

注:锥齿轮传动的圆周速度按平均值计算

( a ) ( b )

图 9-10 基节误差产生的动载荷分析

如图 9-10 ( a )所示,由于啮合轮齿的基节不等,即

致使第二对轮齿在尚未进入啮合区时就提前在 A' 点开始啮合,节点

C移至 , 从而改变了两齿轮的节圆直径,使瞬时传动比发生变

化而产生冲击和动载。此时传动比为

(9

-7)

显然,在这一瞬时,从动轮角速度增大了。 措施:从动轮 2 齿顶修缘,使齿轮 2 在齿顶处 p' b2 < pb2 ,使开始啮合时轮齿法向基节小一些,减小动载荷,如图 9-10b 。

当 pb1 > pb2 时,则前一对齿将脱开啮合时,后一对齿虽已进入啮合区,但尚未接触,而要待前一对齿离开正确啮合区一段距离后,后一对齿才开始啮合,这样难免产生产生动载荷。措施:主动轮 1 齿顶修缘(虚线齿廓),延长一对齿的啮合时间,减小动载荷的措施有:提高齿轮的制造精度以减少基节误差与齿形误差;对齿轮进行适当的修形 ( 如图 9-10 将齿顶按虚线所示切掉一部分 ) 可达到降低动载荷的目的;增大轴和轴承刚度,以减小系统的变形。 3 .齿向载荷分布系数 齿向载荷分布系数

可分为

) ?

。 齿向载荷分布系数

用来考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对齿面接触应力影响的系数。

考虑沿齿宽载荷分布对齿根弯曲应力的影响。影响齿向载

荷分布的主要因素有:

(1) 轴的弯曲变形:当齿轮相对轴承布置不对称时,齿轮受载后,轴产生弯曲变形,两齿轮随之偏斜,使得作用在齿面上的载荷沿接触线分布不均匀;如果齿轮相对轴承对称布置时,则载荷沿接触线分布较均匀。如图 9 -11 所示

图9-11轴的弯曲变形的影响

(2) 轴的扭转变形:受转矩作用的轴也会产生载荷沿齿宽分布不均。且靠近转矩输入端一侧,轮齿载荷最大,如图 9 -12 所示。

图9-12 轴的扭转变形的影响

(3) 制造、安装误差、齿面跑合性、轴承及箱体的变形等对载荷集中均有影响。

图 9 - 13 载荷分布不均匀

提高齿轮制造和安装精度、提高轴承和箱体的刚度、合理选择齿宽、把齿轮布置在远离转矩输入端的位置、将齿侧沿齿宽方向进行修形或将齿面做成鼓形等,可降低轮齿上的载荷集中,如图 9 - 13c 、 d 、 e 所示。

用于齿面接触疲劳强度计算,与精度等级、齿面

齿宽系数,

= b/d1 ,按表 9-5 查

之值齿宽 b与

硬度、支承布置有关, 取。

用于齿根弯曲疲劳强度计算,可根据其

齿高之比 b/h按图 9 - 14 查取 。

表 9-5 调质齿轮接触疲劳强度计算用齿向载荷分布系数

直齿圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算

图9-9动载系数Kv一对理想的渐开线齿廓,只有基圆齿距相等时才能正确啮合,瞬时传动比才恒定。但是由于制造误差、弹性变形等原因,基圆齿距不可能完全相等,这时当主动轮的角速度速度为常数时,从动轮瞬时角将忽大忽小,从而产生附加动载荷。齿轮速度越高,精度越低,齿轮动载荷越大。圆周速度越高,齿轮的精度就应越高。因此
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