齿轮传动及其润滑分析
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齿轮传动及润滑分析
齿轮传动润滑
一．齿轮的功用及类型 二．齿轮运动力学分析 Leabharlann Baidu．轮齿的失效形式 四．齿轮噪音及其控制 五．齿轮的润滑
一、齿轮的功用及类型
作用： 不仅用来传递运动、传递动力、而且能改变齿轮传动的方 向。
直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传 锥齿轮传动 人字齿轮传动 开式传动 分 类 按类型 分
软齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）
二、 齿轮运动力学分析
1、根据前人对渐开线直齿圆柱齿轮转动与其润滑油膜压力 及厚度的研究发现： 齿轮啮入点的油膜压力高于啮出点，而啮入点膜厚则 远小于啮出点。最高油膜压力发生在双齿啮合转变为 单齿啮合后的瞬时，双齿啮合变为单齿啮合的瞬间油 膜厚度和单齿啮合变为双齿啮合的瞬间油膜厚度都比 较小。所以最大受力点在啮入点和双齿啮合变为单齿 啮合的瞬间点以及单齿啮合变为双齿啮合的瞬间点。 齿轮模数、传动比和压力角等参数均对油膜压力与膜 厚有影响。模数、传动比、压力角越大，则齿轮的油 膜压力越低，膜厚越厚。齿轮转速越快，润滑油粘度 越大，则齿间油膜越厚。
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 失效形式
１、过载突然断裂 ２、疲劳折断。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式
齿面接触应力按脉动 循环变化当超过疲劳 极限时，表面产生微 裂纹、高压油挤压使 裂纹扩展、微粒剥落。 点蚀首先出现在节线 处，齿面越硬，抗点 蚀能力越强。软齿面 闭式齿轮传动常因点 蚀而失效。
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式 齿面胶合 齿面磨损 跑合磨损 磨粒磨损
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件，清洁环境 3.提高齿面硬度
潘存云教授研制
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式 齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形
表面凸出 从动齿 主动齿
五、齿轮传动的润滑
3、齿轮传动的润滑方案：
1）按装置类型分类： 1、V<12m/s——浸油润滑 2、V>12m/s——喷油润滑
（图6-22）
（图6-22）
齿轮传动的润滑方式，主要取决于齿轮圆周速度的大小。对 于速度较低的齿轮传动或开式齿轮传动，采用定期人工加润滑油 或润滑脂。对于闭式齿轮传动，当齿轮圆周速度v <12m/s 时，采 用大齿轮浸入油池中进行浸油润滑； 当v >12m/s 时，为了避免搅 油损失，常采用喷油润滑
四、齿轮噪音及其控制
2、选择适宜的润滑方案
齿轮传动的基本润滑要求： 适当的粘度或稠度 良好的极压抗磨性 良好的抗氧化安定性 良好的抗剪切安定性 良好的防锈性 良好的抗泡沫性 良好的抗乳化性 塑胶齿轮还要求要与良好的相容性
五、
齿轮传动的润滑
齿轮传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就要 发生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率， 特别是高速传动，就更需要考虑齿轮的润滑。 1、润滑的目的： • 改善摩擦表面的粗糙度， • 减小接触面的摩擦系数， • 减小摩损，延长寿命 • 同时由于润滑油脂膜的存在，可以对齿轮转动中 的冲击起到一定的缓冲作用。
五、齿轮传动的润滑
3、齿轮传动的润滑方案： 2）按转速分类：
• 低速重载齿轮传动：一般将转速低于60r/min及分度圆切 向速度低于5m/s的齿轮,齿面接触应力大于500Mps称为低 速重载齿轮。低速重载齿轮的速度慢，齿面接触应力大， 工作齿面间的润滑油容易被挤出来，不能形成弹性流体 动力润滑膜，齿面经常处于边界摩擦状态。这就要求了 在选择润滑油时，尽量选粘度较高的极压润滑油啊，或 稠度较小（较硬）的极压润滑脂。 • 一般将转速超过3000r/min及分度圆切向速度超过25m/s 的齿轮传动称为高速齿轮传动。高速齿轮传动应用广泛， 包括了增速（如离心式压缩机）和减速（如工业汽轮机） 两个方面，可以选择粘度较小的油或稠度较大（较软） 的润滑脂
五、齿轮传动的润滑
2、齿轮传动的润滑具有特殊性
1）轮齿形成油楔的条件差； 2）啮合齿面间压力大，而且相对滑动的大小和方向变 化大，齿轮常处于边界润滑和混合润滑状态； 3）每次啮合都要重新建立油膜，润滑是断续的； 4）载荷大，摩擦热也大，易使油温上升，加速油膜的 破坏 5）齿轮的材料、热处理、加工和装配精度及齿面粗糙 度等影响因素。 因此，齿轮传动的合理润滑设计是十分重要的。 在润滑方案的选择上，应根据材料种类，工作温度， 转速，负荷等情况选择合适的润滑方案。
潘存云教授研制 潘存云教授研制
齿面接触疲劳
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式 齿面胶合
高速重载传动中，常因啮 合区温度升高而引起润滑 失效，致使齿面金属直接 接触而相互粘连。当齿面 向对滑动时，较软的齿面 沿滑动方向被撕下而形成 沟纹。
措施： 1.提高齿面硬度 2.减小齿面粗糙度 3.增加润滑油粘度低速 4.加抗胶合添加剂高速
按装置型 式分
按使用情 况分
裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润滑得到改 善、适于非重要应用； 全封闭、润滑良好、适于重载。 以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。
半开式传动 闭式传动 动力齿轮
按齿面硬 度分
以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。 传动齿轮 硬齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）
潘存云教授研制
表面凹陷
四、齿轮噪音及其控制
一、齿轮噪音来源 齿轮噪音是由机械振动形成的，它与机械性 噪音产生的机理大致相同，主要包括： 齿轮啮合刚性的周期性变化对传动噪声的 影响 齿轮传动误差和安装误差对传动噪声的影 响 1)齿形误差 2)齿距误差 3)齿轮的轴线度、平行度及中心距误差
四、齿轮噪音及其控制
五、齿轮传动的润滑 3、齿轮传动的润滑方案：
3）按材料分类 • 金属齿轮润滑产品：选择金属防护性能好，合适 粘稠度的极压润滑油脂。 • 粉末冶金齿轮：选择一些不含固体添加剂，与齿 轮内浸油相容性好，抗氧化性能好，粘稠度合适 的润滑油脂。 • 塑料齿轮：选择一些材料相容性好，粘附性能高， 润滑膜厚的润滑油脂。
二、齿轮噪音控制 由以上力学分析及噪音来源可以明显看到，要 控制齿轮噪音，可以从以两个大的方面入手 1、齿轮的结构设计参数是噪音控制的关键 材料选择 齿形 设计参数 加工精度 运转状况 试验证明：①齿向修缘可降低传动噪声2～8分贝；②齿形 修缘可降低传动噪声5分贝(尤其适用于直齿轮传动)； ③减小齿面粗糙度可降低传动噪声0～7分贝
齿轮传动润滑
一．齿轮的功用及类型 二．齿轮运动力学分析 Leabharlann Baidu．轮齿的失效形式 四．齿轮噪音及其控制 五．齿轮的润滑
一、齿轮的功用及类型
作用： 不仅用来传递运动、传递动力、而且能改变齿轮传动的方 向。
直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传 锥齿轮传动 人字齿轮传动 开式传动 分 类 按类型 分
软齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）
二、 齿轮运动力学分析
1、根据前人对渐开线直齿圆柱齿轮转动与其润滑油膜压力 及厚度的研究发现： 齿轮啮入点的油膜压力高于啮出点，而啮入点膜厚则 远小于啮出点。最高油膜压力发生在双齿啮合转变为 单齿啮合后的瞬时，双齿啮合变为单齿啮合的瞬间油 膜厚度和单齿啮合变为双齿啮合的瞬间油膜厚度都比 较小。所以最大受力点在啮入点和双齿啮合变为单齿 啮合的瞬间点以及单齿啮合变为双齿啮合的瞬间点。 齿轮模数、传动比和压力角等参数均对油膜压力与膜 厚有影响。模数、传动比、压力角越大，则齿轮的油 膜压力越低，膜厚越厚。齿轮转速越快，润滑油粘度 越大，则齿间油膜越厚。
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 失效形式
１、过载突然断裂 ２、疲劳折断。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式
齿面接触应力按脉动 循环变化当超过疲劳 极限时，表面产生微 裂纹、高压油挤压使 裂纹扩展、微粒剥落。 点蚀首先出现在节线 处，齿面越硬，抗点 蚀能力越强。软齿面 闭式齿轮传动常因点 蚀而失效。
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式 齿面胶合 齿面磨损 跑合磨损 磨粒磨损
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件，清洁环境 3.提高齿面硬度
潘存云教授研制
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式 齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形
表面凸出 从动齿 主动齿
五、齿轮传动的润滑
3、齿轮传动的润滑方案：
1）按装置类型分类： 1、V<12m/s——浸油润滑 2、V>12m/s——喷油润滑
（图6-22）
（图6-22）
齿轮传动的润滑方式，主要取决于齿轮圆周速度的大小。对 于速度较低的齿轮传动或开式齿轮传动，采用定期人工加润滑油 或润滑脂。对于闭式齿轮传动，当齿轮圆周速度v <12m/s 时，采 用大齿轮浸入油池中进行浸油润滑； 当v >12m/s 时，为了避免搅 油损失，常采用喷油润滑
四、齿轮噪音及其控制
2、选择适宜的润滑方案
齿轮传动的基本润滑要求： 适当的粘度或稠度 良好的极压抗磨性 良好的抗氧化安定性 良好的抗剪切安定性 良好的防锈性 良好的抗泡沫性 良好的抗乳化性 塑胶齿轮还要求要与良好的相容性
五、
齿轮传动的润滑
齿轮传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就要 发生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率， 特别是高速传动，就更需要考虑齿轮的润滑。 1、润滑的目的： • 改善摩擦表面的粗糙度， • 减小接触面的摩擦系数， • 减小摩损，延长寿命 • 同时由于润滑油脂膜的存在，可以对齿轮转动中 的冲击起到一定的缓冲作用。
五、齿轮传动的润滑
3、齿轮传动的润滑方案： 2）按转速分类：
• 低速重载齿轮传动：一般将转速低于60r/min及分度圆切 向速度低于5m/s的齿轮,齿面接触应力大于500Mps称为低 速重载齿轮。低速重载齿轮的速度慢，齿面接触应力大， 工作齿面间的润滑油容易被挤出来，不能形成弹性流体 动力润滑膜，齿面经常处于边界摩擦状态。这就要求了 在选择润滑油时，尽量选粘度较高的极压润滑油啊，或 稠度较小（较硬）的极压润滑脂。 • 一般将转速超过3000r/min及分度圆切向速度超过25m/s 的齿轮传动称为高速齿轮传动。高速齿轮传动应用广泛， 包括了增速（如离心式压缩机）和减速（如工业汽轮机） 两个方面，可以选择粘度较小的油或稠度较大（较软） 的润滑脂
五、齿轮传动的润滑
2、齿轮传动的润滑具有特殊性
1）轮齿形成油楔的条件差； 2）啮合齿面间压力大，而且相对滑动的大小和方向变 化大，齿轮常处于边界润滑和混合润滑状态； 3）每次啮合都要重新建立油膜，润滑是断续的； 4）载荷大，摩擦热也大，易使油温上升，加速油膜的 破坏 5）齿轮的材料、热处理、加工和装配精度及齿面粗糙 度等影响因素。 因此，齿轮传动的合理润滑设计是十分重要的。 在润滑方案的选择上，应根据材料种类，工作温度， 转速，负荷等情况选择合适的润滑方案。
潘存云教授研制 潘存云教授研制
齿面接触疲劳
三、 轮齿的失效形式
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式 齿面胶合
高速重载传动中，常因啮 合区温度升高而引起润滑 失效，致使齿面金属直接 接触而相互粘连。当齿面 向对滑动时，较软的齿面 沿滑动方向被撕下而形成 沟纹。
措施： 1.提高齿面硬度 2.减小齿面粗糙度 3.增加润滑油粘度低速 4.加抗胶合添加剂高速
按装置型 式分
按使用情 况分
裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润滑得到改 善、适于非重要应用； 全封闭、润滑良好、适于重载。 以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。
半开式传动 闭式传动 动力齿轮
按齿面硬 度分
以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。 传动齿轮 硬齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）
潘存云教授研制
表面凹陷
四、齿轮噪音及其控制
一、齿轮噪音来源 齿轮噪音是由机械振动形成的，它与机械性 噪音产生的机理大致相同，主要包括： 齿轮啮合刚性的周期性变化对传动噪声的 影响 齿轮传动误差和安装误差对传动噪声的影 响 1)齿形误差 2)齿距误差 3)齿轮的轴线度、平行度及中心距误差
四、齿轮噪音及其控制
五、齿轮传动的润滑 3、齿轮传动的润滑方案：
3）按材料分类 • 金属齿轮润滑产品：选择金属防护性能好，合适 粘稠度的极压润滑油脂。 • 粉末冶金齿轮：选择一些不含固体添加剂，与齿 轮内浸油相容性好，抗氧化性能好，粘稠度合适 的润滑油脂。 • 塑料齿轮：选择一些材料相容性好，粘附性能高， 润滑膜厚的润滑油脂。
二、齿轮噪音控制 由以上力学分析及噪音来源可以明显看到，要 控制齿轮噪音，可以从以两个大的方面入手 1、齿轮的结构设计参数是噪音控制的关键 材料选择 齿形 设计参数 加工精度 运转状况 试验证明：①齿向修缘可降低传动噪声2～8分贝；②齿形 修缘可降低传动噪声5分贝(尤其适用于直齿轮传动)； ③减小齿面粗糙度可降低传动噪声0～7分贝