齿轮传动效率测定与分析一个砝码多重

实验2 齿轮传动效率测定与分析

实验目的

1.了解机械传动效率的测定原理，掌握用扭矩仪测定传动效率的方

法；

2.测定齿轮传动的传递功率和传动效率；

3.了解封闭加载原理。

实验设备和工具

1.齿轮传动效率试验台；

2.测力计；

3.数据处理与分析软件；

4.计算机、打印机。

实验原理和方法

1. 齿轮传动的效率及其测定方法

齿轮传动的功率损失主要在于：(1)啮合面的摩擦损失；(2)轮齿搅动润滑油时的油阻损失；(3)轮轴支承在轴承中和轴承内的摩擦损失。齿轮传动的效率即指一对齿轮的从动轮（轴）输出功率与主动轮（轴）输入功率之比。对于采用滚动轴承支承的齿轮传动，满负荷时计入上述损失后，平均效率如表所示。

表齿轮传动的平均效率

测定效率的方式主要有两种：开放功率流式与封闭功率流式。前者借助一个加载装置（机械制动器、电磁测功器或磁粉制动器）来消耗齿轮传动所传递的能量。其优点是与实际工作情况一致，简单易行，实验装置安装方便；缺点是动力消耗大，对于需作较长时间试验的场合（如疲劳试验），消耗能力尤其严重。而后者采用输出功率反馈给输入的方式，电源只供给齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率，可以大大减小功耗，因此这种实验方案采用较多。

2. 封闭式试验台加载原理

图表示一个加载系统，电机功率通

齿轮传动受力分析：

力有三要素：大小、方向、作用点。

1、 大小计算：见教科书公式 2、 作用点：分度圆上齿宽中部 3、 方向判断：分以下几种情况

a) 直齿轮：

画受力分析图，根据力的平行四边形法则可知，对于主动轮，径向力指向圆心，周向力方向与外加转矩方向相反，外加转矩方向与转动方向一致，主动轮判断完毕后和它配合的从动轮的受力方向自然就知道了，因为二者是作用力与反作用力，简单地说，就是无论主动轮还是从动轮，其所受径向力指向各自的圆心，主动轮所受周向力是来自于从动轮的阻力，故其方向与主动轮的转向相反，从动轮所受的周向力来自于主动轮，是使从动轮转动的动力，与其转动方向相同。直齿轮传动没有轴向力。

b) 斜齿轮：

斜齿轮传动同样受径向力、周向力，其方向的判断与直齿轮相同，所不同的是斜齿轮传动有轴向力的作用。其方向的判断有两种方法：一种是画受力分析图，比较麻烦，另一种是用左右手法则判断，使用左右手法则时，通常用于主动轮上，即左旋齿轮用左手，右旋齿轮用右手，四指方向指向外加转矩方向，则大拇指方向即为轴向力方向（注意：是用于主动轮上）

c) 圆锥齿轮传动：

圆锥齿轮传动同样受径向力、周向力和轴向力的作用。径向力和周向力的方向判断也与直齿轮一样，其轴向力

齿轮传动

一、选择题

7-1．对于软齿面的闭式齿轮传动，其主要失效形式为________。 A．轮齿疲劳折断 C．齿面疲劳点蚀

B．齿面磨损 D．齿面胶合

7-2．一般开式齿轮传动的主要失效形式是________。 A．轮齿疲劳折断 C．齿面疲劳点蚀

B．齿面磨损 D．齿面胶合

7-3．高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式为________。 A．轮齿疲劳折断 C．齿面疲劳点蚀

B．齿面磨损 D．齿面胶合

7-4．齿轮的齿面疲劳点蚀经常发生在________。 A．靠近齿顶处

B．靠近齿根处 D．节线附近的齿根一侧

C．节线附近的齿顶一侧

7-5．一对45钢调质齿轮，过早的发生了齿面点蚀，更换时可用________的齿轮代替。 A．40Cr调质

B．适当增大模数m D．铸钢ZG310-570

C．45钢齿面高频淬火

7-6．设计一对软齿面减速齿轮传动，从等强度要求出发，选择硬度时应使________。 A．大、小齿轮的硬度相等

B．小齿轮硬度高于大齿轮硬度

C．大齿轮硬度高于小齿轮硬度 A．?H1=?H2

专题三 齿轮传动受力分析

摘要：通过对常见齿轮传动的受力分析，解决定轴齿轮传动及齿轮轴受力方向的判别问题，概括并总结常见齿轮传动受力方向、齿轮旋转方向判断的规律。

关键词： 齿轮传动 啮合点 圆周(径向、轴向)力 1 引言

齿轮传动是现代机械中应用最为广泛的一种机械传动形式，是利用齿轮副来传递运动和力的一种机械传动。在工程机械、矿山机械、冶金机械、各种机床及仪器、仪表工业中被广泛地用来传递运动和动力。齿轮传动除传递回转运动外，也可以用来把回转转变为直线往复运动。因此，正确判断齿轮传动受力方向、齿轮旋转方向以及齿轮轴受力方向很重要。 2 常见齿轮传动的类型

直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等。

3 齿轮传动的径向力、圆周力和轴向力

齿轮转动时根据齿轮传动的类型，会产生径向力、圆周力或轴向力。径向力由啮合点指向齿轮回转中心的力，也就是沿直径方向的力。常用Fr表示。圆周力是啮合点处沿圆周方向的力，也就是啮合点处沿切线方向的力。也称为切向力。一对啮合传动的齿轮副中，主动齿轮圆周力的方向与该点的线速度方向相反，从动齿轮圆周力的方向与该点的线速度方向相同。用Ft表示

一、作业P233#10-2：如图所示的齿轮传动，齿轮A、B和C的材料都是中碳钢调质，其硬度：齿轮A为240HBS，齿轮B为260HBS，齿轮C为220HBS，试确定齿轮B的许用接触应力[σH]和许用弯曲应力[σF]。假定：

（1） 齿轮B为“惰轮”（中间轮），齿轮A为主动轮，设KFN=KHN=1； （2） 齿轮B为主动，齿轮A和C均为从动，设KFN=KHN=1。 C B A

解：齿面接触疲劳许用应力的计算式为：[?H]?KHN??Hlim

SHKFN??Flim

SF齿根弯曲疲劳许用应力的计算式为：[?F]?取SH=1 SF=1.4（1.25~1.5之间均可） 查P204图10-20（c），知在脉动循环交变应力作用下，B齿轮的弯曲疲劳强度极限σlim为： σlim=σFE=350Mpa （注意超出范围则采用外插法取值，为近似值，且设应力校正系数YST=1） 而受对称循环交变载荷作用时的应力极限值为脉动循环交变应力的70%——见P203倒数第6行） 查P207图10-21（d），知B齿轮的接触疲劳强度极限σHlim为：σHlim=620Mpa （1）、（2）两种情况下，B齿轮上的每个齿在一转的过程中，导致轮齿齿根弯曲的力的方

?

?

空压机皮带传动与齿轮传动的对比

皮带传动与齿轮传动的：

在空气压缩机的传动系统中，一般可分为直接传动和皮带传动，长期以来，两种传动方式孰优孰劣一直是业界争论的焦点之一。螺杆式空气压缩机的直接传动指的是马达主轴经由连轴器和齿轮箱变速来驱动转子，实际并不是真正意义上的直接传动。真正意义上的直接传动指的是马达与转子直接相连（同轴）且两者速度一样。这种情况是极少的。因此直接传动没有能量损耗的观点是不对的。只有1：1直联才是真正意义上的直联！另一种传动方式为皮带传动，这种传动方式允许通过不同直径的皮带轮来改变转子的转速。下面讨论的皮带传动系统是指满足下列条件的代表最新科技的自动化系统：每一运转状态之皮带张力均达到优化值。通过避免过大的启动张力，大大延长了皮带之工作寿命，同时降低了马达和转子轴承的负荷。始终确保正确的皮带轮连接。更换皮带相当容易和快捷，且不须对原有设定作调整。整个皮带驱动系统安全无故障运转。主张直接齿轮传动的制造商本身也有一部分产品采用皮带传动。

齿轮传动与皮带传动的对比：

1、效率

优良的齿轮传动效率可达98%-99%，优良的皮带传动设计在正常的工作条件下亦可达到99%的效率。两者的差异并不取决于传动方式的选

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空压机皮带传动与齿轮传动的对比

皮带传动与齿轮传动的：

在空气压缩机的传动系统中，一般可分为直接传动和皮带传动，长期以来，两种传动方式孰优孰劣一直是业界争论的焦点之一。螺杆式空气压缩机的直接传动指的是马达主轴经由连轴器和齿轮箱变速来驱动转子，实际并不是真正意义上的直接传动。真正意义上的直接传动指的是马达与转子直接相连（同轴）且两者速度一样。这种情况是极少的。因此直接传动没有能量损耗的观点是不对的。只有1：1直联才是真正意义上的直联！另一种传动方式为皮带传动，这种传动方式允许通过不同直径的皮带轮来改变转子的转速。下面讨论的皮带传动系统是指满足下列条件的代表最新科技的自动化系统：每一运转状态之皮带张力均达到优化值。通过避免过大的启动张力，大大延长了皮带之工作寿命，同时降低了马达和转子轴承的负荷。始终确保正确的皮带轮连接。更换皮带相当容易和快捷，且不须对原有设定作调整。整个皮带驱动系统安全无故障运转。主张直接齿轮传动的制造商本身也有一部分产品采用皮带传动。

齿轮传动与皮带传动的对比：

1、效率

优良的齿轮传动效率可达98%-99%，优良的皮带传动设计在正常的工作条件下亦可达到99%的效率。两者的差异并不取决于传动方式的选

妈妈的微笑对孩子有多重要？一个实验告诉你 韩国的一档亲子节目做了一个“视崖”实验，实验过程中，宝宝在妈妈的鼓励之下，勇敢地跨过了悬崖，穿过了火海，让家长们感动不已。孩子就是一面镜子，家长做什么，孩子就会跟着做什么，因此家长在日常生活中一定要注意自己的言行。

“视崖”实验：妈妈的微笑助孩子跨过悬崖穿过火海

经常对孩子摆臭脸大吼大叫发脾气的妈妈们请注意啦，经常对孩子微笑对孩子的成长非常重要。在韩国的一档节目中，栏目组邀请几对妈妈和宝宝做了一组“视崖实验”，让小宝宝和妈妈处在“悬崖”的两边，妈妈用温暖的微笑，让宝宝战胜了对“悬崖”和“火海”的恐惧，成功通过视觉悬崖。把爸爸妈妈感动得一塌糊涂。这到底是怎样的一个实验？我们一起来看看视频截图。

妈妈的微笑有多重要？一个实验告诉你

第一轮实验……

第二轮实验，这次妈妈露出了笑容……

实验说明：妈妈和宝宝被隔离在悬崖两端，相对而望，无论宝宝做出什么反应，妈妈都面无表情，宝宝在悬崖边犹豫了会儿，爬回去了。第二轮，妈妈和宝宝仍然被隔离在悬崖两端，但妈妈一直保持微笑，宝宝爬到悬崖边时稍有犹豫，但看到妈妈的笑脸，最后还是鼓起勇气爬了过去，而且在悬崖下增加了火海效果的情况下，宝宝仍然爬了过去。其它组的宝宝也是同样的情况。

其实，在

一、转矩与功率

式中：P──齿轮传递的功率（kW）；T──传递的转矩（N.m）；n──齿轮的转速(r/min)。

二、传动比i计算

式中：n1、n2分别为两齿轮的转速（r/min）。

三、圆柱齿轮传动简化设计计算公式

齿轮类型 直齿轮 斜齿轮 式中：K──载荷系数，

接触强度 弯曲强度 。载荷平稳、精度高、速度较低、齿轮对称于轴承布置、

，

斜齿轮时，应取小值；反之，取大值。T1──小齿轮传递的额定转矩（N.m）。齿宽系数：

；齿数比：

，z1、z2分别为小齿轮、大齿轮的齿数；YFS──复合齿形系数；

。

为试验齿轮的接触疲劳极限应用

──许用弯曲应力

为抗弯强度计

──许用接触应用（N/mm2）， （N/mm2）， （N/mm2），

为接触强度计算的最小安全系数，一般大小1.1。

，

为齿轮材料的弯曲疲劳强度基本值，

算的最小安全系数，一般应大小1.4。

四 、齿轮疲劳强度校核公式

项目 强度条件 齿面接触疲劳强度 或 齿根弯曲疲劳强度 或 × 计算应力 N/mm2 许用应用 N/mm2 安全系数 式中：mn──法面模数（mm）；b──齿宽 （mm）；d1──小齿轮分度圆直径（mm）；Ft──分度圆上的圆周力（N）；KA──

皮带传动是一种依靠摩擦力来传递运动和动力的机械传动。它的特点主要表现在：皮带有良好的弹性，在工作中能缓和冲击和振动，运动平稳无噪音。载荷过大时皮带在轮上打滑，因而可以防止其他零件损坏，起安全保护作用。皮带是中间零件。它可以在一定范围内根据需要来选定长度，以适应中心距要求较大的工作条件。结构简单制造容易，安装和维修方便，成本较低。

缺点是：靠摩擦力传动，不能传递大功率。传动中有滑动，不能保持准确的传动比，效率较低。在传递同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上受力都比齿轮传动等啮合传动大。皮带磨损较快，寿命较短

链传动的特点:

1）与带传动相比，没有弹性滑动，能保持准确的平均传动比，传动效率较高；链条不需要大的张紧力，所以轴与轴承所受载荷较小；不会打滑，传动可靠，过载能力强，能在低速重载下较好工作；

2）与齿轮传动相比，可以有较大的中心距，可在高温环境和多尘环境中工作，成本较低；

3）缺点是瞬时链速和瞬时传动比都是变化的，传动平稳性较差，工作中有冲击和噪声，不适合高速场合，不适用于转动方向频繁改变的情况。

。

齿轮传动能传递两个平行轴或相交轴或交错轴间的回转运动和转矩。

一、齿轮传动的特点

1)效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式