
减速机齿轮在工作过程中主要受到以下几种力的作用:
圆周力(Ft)产生原因:是由齿轮传递扭矩时,主动轮与从动轮之间的相互作用力在圆周方向的分力。根据齿轮传动原理,主动轮通过齿面接触将扭矩传递给从动轮,在这个过程中,沿着轮齿的接触点切线方向产生圆周力。
计算公式:对于圆柱齿轮,Ft= d2T,其中T为齿轮传递的扭矩,d为齿轮的分度圆直径。
作用效果:圆周力使齿轮产生转动,并在齿轮轴上产生弯矩和扭矩,是齿轮传递动力的主要作用力,其大小直接影响齿轮的强度和传动效率。
径向力(Fr)产生原因:是由于齿轮啮合时,轮齿之间除了有圆周方向的作用力外,还有沿齿轮半径方向的分力。它是由轮齿的啮合角产生的,对于标准齿轮,啮合角一般为 20°。
计算公式:对于圆柱齿轮,Fr=F t×tanα,其中α为齿轮的压力角,标准值一般为 20°。
作用效果:径向力使齿轮在径向上有向轴心靠拢的趋势,会在齿轮轴上产生径向载荷,影响轴承的受力和齿轮的定位精度,可能导致齿轮在轴上产生位移或变形。
轴向力(Fa)
产生原因:对于斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮等,由于轮齿的倾斜或螺旋角的存在,在齿轮啮合时会产生轴向力。以斜齿圆柱齿轮为例,轮齿与轴线倾斜一个螺旋角β,在传递扭矩时,就会产生沿轴线方向的分力,即轴向力。
计算公式:对于斜齿圆柱齿轮,Fa=Ft×tanβ,其中β为斜齿轮的螺旋角。
作用效果:轴向力会使齿轮产生轴向位移的趋势,对轴承的轴向承载能力提出要求,若轴向力过大,可能导致轴承损坏、齿轮轴向窜动,影响齿轮的正常啮合和传动精度。
齿面接触应力(σH)
产生原因:当齿轮啮合时,两轮齿的接触表面会产生局部的接触应力。由于齿面接触区域相对较小,在传递载荷时,接触点处会产生较高的压力,形成接触应力。
计算公式:根据赫兹接触理论,齿面接触应力σH=ZEbdFt×uu±1,其中ZE为弹性系数,b为齿宽,d为分度圆直径,u为齿数比。
作用效果:齿面接触应力过大时,会使齿面产生疲劳磨损、点蚀等失效形式,降低齿轮的使用寿命和传动性能。
齿根弯曲应力(σF)
产生原因:在齿轮传动过程中,轮齿相当于一个悬臂梁,当受到圆周力、径向力等载荷作用时,在齿根部位会产生弯曲应力。这是因为齿根处是轮齿的薄弱环节,力的作用使轮齿在齿根处产生弯曲变形,从而产生弯曲应力。
计算公式:齿根弯曲应力σF= bdm2KT×YFYS,其中K为载荷系数,m为模数,YF为齿形系数,YS应力修正系数。
作用效果:齿根弯曲应力是导致轮齿疲劳折断的主要原因,当齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限时,轮齿会在齿根处产生疲劳裂纹,随着裂纹的扩展,终将导致轮齿折断。