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齒輪傳動的受力分析
為了計算齒輪的強(qiáng)度,設(shè)計軸和軸承,需先分析作用于輪齒上的力的大小、方向和性質(zhì)。在受力分析時,均忽略齒面間的摩擦力,作用于齒面總壓力Fn(Fn又稱為法向力)將垂直用于齒面。
1.直齒圓柱齒輪的受力分析
圖5-21所示為一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪在標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝條件下的受力情況。圖中的法向力Fn(N)可分解為圓周力(又稱名義切向力)F(N)和徑向力F(N)。由于兩齒輪所受的法向力Fn大小相等、方向相反,所以兩輪的F1和F2也分別大小相等、方向相反。各分力方向的判定為:
(1)圓周力Ft在主動輪上式阻力,它與力作用點(diǎn)線速度的方向相反;在從動輪上是驅(qū)動力,它與力作用點(diǎn)線速度的方向相同;
(2)徑向力Ft分別指向各自的輪心。設(shè)計齒輪傳動時,當(dāng)已知小齒輪傳遞的名義功率P1(kW)及轉(zhuǎn)速n1(r/min)時,則(5-22)
2.斜齒圓柱齒輪的受力分析
若忽略齒面間的摩擦力,斜齒圓柱齒輪的受力分析如圖5-22所示,作用于齒面上的法向力Fn,可分解為三個相互垂直的分力Ft(N)、F(N)和Fn(N).即作用在主動輪和從動輪上各力Ft與Ft2、Fn2分別等值反向。各分力的方向判定為:
圓周力Ft及徑向力Ft的判別方法同支持原直齒輪。由于斜齒輪與直齒輪相比多了一個螺旋角*,故多一軸向力Fa。Fa的判別可利用“主動輪左、右手定則”來判斷。對于主動輪為右螺旋線的斜齒輪,以右手四指彎曲方向表示它的旋轉(zhuǎn)方向,則大拇指的指向表示它所受軸向力的方向;對于主動輪為做螺旋線的斜齒輪,則應(yīng)用左手來判斷,方法同上。從動輪上所受各力的方向與主動輪相反,但大小相等。在確定各力方向時,應(yīng)先確定傳動中的主動輪的回轉(zhuǎn)方向和它的輪齒的螺旋線方向。任意概不案上訴一個條件時,則Fa的方向?qū)㈦S之改變。
由式(5-23)可知,軸向力Fa隨螺旋角*的增大而增大。當(dāng)Fa過大時,給軸承部件設(shè)計帶來困難。為消除過大軸向力的不利影響,可采用人子齒輪以抵消其軸向力,但加工精度要求高。
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