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机械齿轮传动

浏览次数: 日期:2017-12-1

机械齿轮传动

齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。它的传动比较准确,效率高,结构紧凑,工作可靠,寿命长。目前齿轮技术可达到的指标:圆周速度v=300m/s,转速n=10r/min,传递的功率P=10KW,模数m=0.004~100mm,直径d=1mm~152.3mm

一、特点

1,瞬时传动比恒定。非圆齿轮传动的瞬时传动比能按需要的变化规律来设计。

2,传动比范围大,可用于减速或增速。

3,速度(指节圆圆周速度)和传递功率的范围大,可用于高速(v>40m/s),中速和低速(v<25m/s)的传动;功率从小于1W10KW

4,传动效率高。一对高精度的渐开线圆柱齿轮,效率可达99%以上。

5,结构紧凑,适用于近距离传动。

6,制造成本较高。某些具有特殊齿形或精度很高的齿轮,因需要专用的或高精度的机床,刀具和量仪等,故制造工艺复杂,成本高。

7,精度不高的齿轮,传动时的噪声,振动和冲击大,污染环境。

8,无过载保护作用

二、类型

⑴根据两轴的相对位置和轮齿的方向,可分为以下类型:

<1>直齿圆柱齿轮传动;

<2> 斜齿圆柱齿轮传动;

<3>人字齿轮传动;

<4>锥齿轮传动;

<5>交错轴斜齿轮传动。

⑵根据齿轮的工作条件,可分为:

<1>开式齿轮传动式齿轮传动,齿轮暴露在外,不能保证良好的润滑;

<2>半开式齿轮传动,齿轮浸入油池,有护罩,但不封闭;

<3>闭式齿轮传动,齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内,润滑条件良好,灰沙不易进入,安装精确。

(3)齿轮传动可按其轴线的相对位置分类。

(4)齿轮传动按齿轮的外形可分为圆柱齿轮传动锥齿轮传动非圆齿轮传动、齿条传动和蜗杆传动

(5)按轮齿的齿廓曲线可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动圆弧齿轮传动等。

由两个以上的齿轮组成的传动称为轮系。根据轮系中是否有轴线运动的齿轮可将齿轮传动分为普通齿轮传动和行星齿轮传动,轮系中有轴线运动的齿轮就称为行星齿轮。齿轮传动按其工作条件又可分为闭式、开式和半开式传动。把传动密封在刚性的箱壳内,并保证良好的润滑,称为闭式传动,较多采用,尤其是速度较高的齿轮传动,必须采用闭式传动。开式传动是外露的、不能保证良好的润滑,仅用于低速或不重要的传动。半开式传动介于二者之间。

三、设计准则

针对齿轮五种失效形式,应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等,由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据,所以设计齿轮传动时,通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动(航空发动机主传动、汽轮发电机组传动等),还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算(参阅GB6413-1986)。至于抵抗其它失效能力,虽然一般不进行计算,但应采取的措施,以增强轮齿抵抗这些失效的能力。

1、闭式齿轮传动

由实践得知,在闭式齿轮传动中,通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮(如用2020Cr钢经渗碳后淬火的齿轮)或材质较脆的齿   轮,通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。如果两齿轮均为硬齿面且齿面硬度一样高时,则视具体情况而定。

功率较大的传动,例如输入功率超过75kW的闭式齿轮传动,发热量大,易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等,为了控制温升,还应作散热能力计算。

2、开式齿轮传动

开式(半开式)齿轮传动,按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算,但如前所述,对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善,故对开式(半开式)齿轮传动,仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式(半开式)齿轮传动的寿命,可视具体需要而将所求得的模数适当增大。

四、齿轮传动类型

1.圆柱齿轮传动

用于平行轴间的传动,一般传动比单级可到8,最大20,两级可到45,最大60,三级可到200,最大300。传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转/分,圆周速度可到300/秒。单级效率为0.96~0.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳,适用于中、高速传动。人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动的啮合形式有3:外啮合齿轮传动,由两个外齿轮相啮合,两轮的转向相反;内啮合齿轮传动,由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合,两轮的转向相同;齿轮齿条传动,可将齿轮的转动变为齿条的直线移动,或者相反。

2.锥齿轮传动

用于相交轴间的传动。单级传动比可到6,最大到8,传动效率一般为0.94~0.98。直齿锥齿轮传动传递功率可到370千瓦,圆周速度5/秒。斜齿锥齿轮传动运转平稳,齿轮承载能力较高,但制造较难,应用较少。曲线齿锥齿轮传动运转平稳,传递功率可到3700千瓦,圆周速度可到40/秒以上。

3.双曲面齿轮传动

用于交错轴间的传动。单级传动比可到10,最大到100,传递功率可到750千瓦,传动效率一般为0.9~0.98,圆周速度可到30/秒。由于有轴线偏置距,可以避免小齿轮悬臂安装。广泛应用于汽车和拖拉机的传动中。

4.螺旋齿轮传动

用于交错间的传动,传动比可到5,承载能力较低,磨损严重,应用很少。

5.蜗杆传动

交错轴传动的主要形式,轴线交错角一般为90°蜗杆传动可获得很大的传动比,通常单级为8~80,用于传递运动时可达1500;传递功率可达4500千瓦;蜗杆的转速可到3万转/;圆周速度可到70/秒。蜗杆传动工作平稳,传动比准确,可以自锁,但自锁时传动效率低于0.5。蜗杆传动齿面间滑动较大,发热量较多,传动效率低,通常为0.45~0.97

6.圆弧齿轮传动

用凸凹圆弧做齿廓的齿轮传动。空载时两齿廓是点接触,啮合过程中接触点沿轴线方向移动,靠纵向重合度大于1来获得连续传动。特点是接触强度和承载能力高,易于形成油膜,无根切现象,齿面磨损较均匀,跑合性能好;但对中心距、切齿深和螺旋角的误差敏感性很大,故对制造和安装精度要求高。

7.摆线齿轮传动

用摆线作齿廓的齿轮传动。这种传动齿面间接触应力较小,耐磨性好,无根切现象,但制造精度要求高,对中心距误差十分敏感。仅用于钟表及仪表中。

8.行星齿轮传动 具有动轴线的齿轮传动。行星齿轮传动类型很多,不同类型的性能相差很大,根据工作条件合理地选择类型是非常重要的。常用的是由太阳轮、行星轮、内齿轮和行星架组成的普通行星传动,少齿差行星齿轮传动,摆线针轮传动和谐波传动等。行星齿轮传动一般是由平行轴齿轮组合而成,具有尺寸小、重量轻的特点,输入轴和输出轴可在同一直线上。其应用愈来愈广泛。

 

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