01 齿轮传动 参数 直齿强度

调质处理后齿面硬度一般为220 260HBS。
因硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。
齿轮材料及热处理－正火
正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。
机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理；
大直径的齿轮可用铸钢正火处理。
齿轮材料及热处理－表面淬火
一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45钢、40Cr等。 表面淬火后齿轮变形不大，可不磨齿，齿面硬度可达52 56HRC。 由于齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯部未淬硬，仍有较高的韧性， 故能承受一定的冲击载荷。
一般取 8 20
t arctg
d1 mt z1
t
d1 , d 2 ha
mn z1 mz , d 2 mt z2 n 2 cos cos
ha mn
hf h
h f 1.25mn
h ha h f 2.25mn
c
d a1 , d a 2
d f 1, d f 2
失效形式－轮齿折断
失效形式－轮齿折断
全齿折断—常发生于齿宽较小的直齿轮
局部折断—常发生于齿宽较大的直齿轮和斜齿轮 措施：增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、正变位、 增大模数等
失效形式－齿面点蚀
齿轮工作时，齿面接触应力是按脉动循环变化的。若齿面接触应力超出 材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微 的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展使金属微粒剥落下来而形成疲劳点蚀。 实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处。 齿面抗蚀点能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能 力越强。 ★ 点蚀常发生于闭式软齿面（HBS≤350）传动中 在开式传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展 即被磨掉，所以一般看不到点蚀现象。
表面淬火 渗碳淬火 表面氮化 配对齿轮均采用软齿面时： 小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度稍高于大齿轮 （约20~50HBS） 硬齿面。 接触强度高、耐磨性好、可抗冲击
配对齿轮均采用硬齿面时： 小齿轮的硬度应略高，也可和大齿轮相等。
齿轮材料及热处理－调质
调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45钢、40Cr、35SiMn等。
表面淬火的方法有高频淬火、中频淬火、低频淬火和火焰淬火。
齿轮材料及热处理－渗碳淬火
渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20钢，20Cr等。
渗碳淬火后齿面硬度可达56 62HRC，齿面接触强度高， 耐磨性好，而齿芯仍保持有较高的韧性，
常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。 通常渗碳淬火后需要磨齿。
齿轮的传动精度
精度标注示例： 8－8－7－FL
Ⅰ Ⅱ Ⅲ 齿厚下偏差代号
齿厚上偏差代号 若3项精度相同，则记为： 8－FL
直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷
齿轮上的作用力
计算公式
计算载荷
载荷系数
齿轮上的作用力
圆周力Ft的方向在主动轮 上与运动方向相反，在从动轮 上与运动方向相同； 径向力Fr的方向对两轮都 是由作用点指向轮心。
提高齿面硬度和减小粗糙度值能增强抗胶合能力，对于
低速传动采用粘度较大的润滑油；对于高速传动采用含抗胶 合添加剂的润滑油也是很有效。
失效形式－齿面胶合
配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强 措施：采用异种金属、提高齿面硬度等
失效形式－齿面磨损
磨粒磨损－－由于灰尘、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨损，
设计准则二：
开式齿轮传动采用准则二，但不校核齿面接触强度
齿轮材料及热处理
常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金钢、铸钢和铸铁等， 一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮较大（如直径大于400600mm）而轮 坯不易锻造时，可采用铸钢；开式低速传动可采用灰铸铁；球墨铸铁有时 可以代替铸钢。
45号钢 最常用，经济、货源充足
Ft1 2T1 / d1 Ft 2 Fr1 Ft1 tan Fr 2 Fn1 Ft1 / cos Fn 2
齿轮上的作用力
例：
n2 Fr2 n1
n2
2
1
注意： 各力应画在 啮合点上！
Ft2
Ft1
Fr1
n1
例题1
已知：如图. 求：齿轮2、3的圆周力的方向
齿轮的基本参数—压力角
若不加指明，压力角都 是指分度圆上的标准值，
我国标准值规定分度圆上齿
廓的压力角为 ＝200
db d cos
直齿(圆柱和圆锥)齿轮，端面压力角 t 为标准值； 斜齿和人字齿圆柱齿轮，法向压力角 n 为标准值。
齿轮的基本参数—齿顶高、齿根高
齿顶高 ：ha=ha*m
分度圆和节圆
分度圆和压力角是单个齿轮本 身所具有的，而节圆和啮合角 是两个齿轮相互啮合时才出现 的。标准齿轮传动只有在分度 圆与节圆重合时，压力角与啮 合角才相等；否则，压力角与
啮合角不相等。
渐开线标准齿轮传动的正确啮合条件
满足上式成立的充分条件为
一对正确啮合的齿轮的 传动比为：
齿轮的基本参数—中心距
中碳合金钢
金属材料 低碳合金40Cr等
20Cr、20CrMnTi等 ZG310-570、ZG340-640等 HT350、QT600-3等
尼龙、夹布胶木等
选材时考虑：
工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等
热处理
调
正
质
火
软齿面（HBS≤350） 改善机械性能，增大强度和韧性
在开式传动中难以避免。
是开式传动的主要失效形式
措施：改善润滑和密封条件
齿面过度磨损后，齿廓显著变形，常导 致严重噪声和振动，最终使传动失效。采用 闭式传动、减小齿面间粗糙度值和保持良好 的润滑可以防止和减轻这种磨损。
过度磨损
跑合磨损
跑合磨损－－新的齿轮副，加工后表面具有一定
的粗糙度，受载时实际上只有部分峰顶接触。在开 始运转期间，磨损速度和磨损量都较大，磨损到一 定程度后，摩擦面逐渐光洁，压强减小、磨损速度 缓慢，这种磨损称为跑合。
失效形式－齿面点蚀
★ 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近 ★ 开式传动中一般不会出现点蚀现象
★ 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关
措施：提高齿面硬度和齿面质量、 增大直径
失效形式－齿面胶合
在高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失 效，致使两齿面金属直接接触并相互粘接，当两齿面相对运 动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种现象 称为齿面胶合。在低速重载传动中，由于齿面间的润滑油膜 不易形成也可能产生胶合破坏。
c hf ha 0.25mn
da1 d1 2ha , da 2 d2 2ha
d f 1 d1 2hf , d f 2 d2 2hf
a d1 d2 2 mt z1 z2 2 mn z1 z2 2 cos
a
上的比值
p

规定为
标准值，并使该圆上 的压力角也为标准值。 该圆称为分度圆。
齿轮的基本参数—模数
分度圆直径以d表示；分度圆上的压力角简称压力 角，以表示，标准值为200；分度圆上的齿距p对的比值 p 称为模数，用m表示，单位为mm，即 m

因此，齿轮的主要几何尺寸都与模数成正比，m ， p ，轮齿 ，轮齿的抗弯能力也就越强，所以，模数m亦 是轮齿抗弯能力的重要标志。 直齿圆柱齿轮，端面模数mt为标准模数； 斜齿和人字齿圆柱齿轮，法向模数mn为标准模数； 直齿圆锥齿轮，大端模数符合标准模数.
2. 瞬时传动比不能保持恒定不变，齿轮在一转范围内会出现多 次重复的转速波动，特别是在高速传动中将引起振动、冲击 和噪声，即影响传动的平稳性。 3. 齿向误差能使齿轮上的载荷分布不均匀，当传递较大力矩时， 易引起早期损坏，即影响载荷分布的均匀性。
齿轮的传动精度
按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各 项公差分成三组，分别反映传递运动的准确性、传动的平稳性和 载荷分布的均匀性。
渐开线正常齿标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算
序号 1 名称 端面模数 符号 mt 计算公式及参数选择
mt mn , mn为标准值 cos
tg n , n为标准值 cos
2 3 4 5
6 7 8 9 10 11
螺旋角 端面压力角 分度圆直径 齿顶高
齿根高 全齿高 顶隙 齿顶圆直径 齿根圆直径 中心距
齿 轮 传 动
齿轮传动类型
齿轮传动特点
齿轮传动类型
按齿形分 平面齿轮机构
直齿圆柱齿轮机构 斜齿圆柱齿轮机构 人字齿圆柱齿轮机构 外啮合圆柱齿轮机构 按啮合方式分 内啮合圆柱齿轮机构 齿轮齿条机构
－平行轴齿轮机构
齿轮机构
直齿圆锥齿轮机构
相交轴齿轮机构 空间齿轮机构 －圆锥齿轮
斜齿圆锥齿轮机构 曲齿圆锥齿轮机构 交错轴斜齿轮机构 蜗杆蜗轮机构 准双曲面齿轮机构
标准中心距 一对标准齿轮分度圆
相切时的中心距，以a表示。
a r1 r2 r1 r2
m z1 z2 2
齿轮的失效形式
齿轮的失效主要是指轮齿的失效，轮齿失效使齿轮 丧失了工作能力，故在使用期限内，防止轮齿失效是齿 轮设计的依据。齿轮轮齿的失效与工作条件、材料性能 及热处理工艺有关，常见的有以下五种失效形式： 1. 轮齿折断 2. 齿面点蚀 3. 齿面胶合 4. 齿面磨损 5. 齿面塑性变形
齿轮传动的设计准则
主要针对齿面点蚀和疲劳折断这两种失效形式 齿面接触疲劳强度—齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力 齿根弯曲疲劳强度—齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力 设计准则一：
对于闭式软齿面（ HBS≤350）传动，主要 失效形式是齿面点蚀，所以按齿面接触疲 劳强度设计，而校核齿根弯曲疲劳强度。
对于闭式硬齿面（ HBS>350）传动，主要失 效形式是齿根弯曲疲劳折断，所以按齿根弯曲 疲劳强度设计，而校核齿面接触疲劳强度。
齿轮传动学习内容
齿轮的主要参数 齿轮的失效形式
齿轮材料及热处理
齿轮的传动精度 齿轮上的作用力 直齿圆柱齿轮传动的强度计算
齿轮的主要参数
基本参数
1. 模数 m 2. 压力角
3. 齿顶高、齿根高
4. 分度圆、节圆 5. 中心距
a
齿轮的基本参数—模数
d pz
d p

z
把齿轮某一圆周
齿轮材料及热处理－渗氮
渗氮是一种化学热处理。
渗氮后不再进行其它热处理，齿面硬度可达60 62HRC。
因氮化处理温度低，齿的变形小， 因此适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。
齿轮材料及热处理－列表
齿轮的传动精度
制造和安装齿轮传动装置时，不可避免地会产生误差。误差对 传动带来以下三个方面的影响。
1. 相啮合齿轮在一转范围内实际转角与理论转角不一致，即影 响传动的准确性；
轻载下进行跑合，可为随后的正常磨损创造有 利条件，跑合结束后必须清洗和更换润滑油。
失效形式－齿面塑性变形
在重载下，较软的齿面上可能产生局部的塑性变形，使齿廓失
去正确的齿形。这种损坏常在过载严重和起动频繁的传动中遇到。
(a)齿面塑性变形
(b)齿体弯曲塑性变形
措施：提高齿体的硬度，选用机械强度高的材料可防 止和减轻齿面和齿体塑性变形。
GB10095-88将齿轮精度分为三个公差组： 第Ⅰ公差组 － 反映运动精度，即运动的准确性； 第Ⅱ公差组 － 反映工作平稳性精度； 第Ⅲ公差组 － 反映接触精度，影响载荷分布的均匀性。
齿轮的传动精度
国家标准GB10095-88对圆柱齿轮及齿轮副规定了12个精度等级， 其中1级的精度最高，12级的精度最低，常用的是69级精度。
交错轴齿轮机构
闭式传动
—封闭在箱体内，润滑条件好 —外露，润滑较差，易磨损
齿轮传动
开式传动
半开式传动 —介于上两者之间,有防护罩
齿轮传动的特点
齿轮传动用以传递任意位置两轴间的运动和动力。 优点： 具有稳定的传动比； 传递动力大、效率高、结构紧凑； 寿命长，工作平稳，可靠性高； 能传递任意夹角两轴间的运动 缺点： 制造成本较高； 精度低时，噪声和振动较大； 无过载保护； 不宜用于轴间距离较大的传动。
（ ha* —齿顶高系数）
（c* —顶隙系数）
齿根高： hf=(ha*+c*)m
全齿高 ： h=ha+h f=(2ha*+c*)m 我国标准规定：正常齿制ha*=1 ，c*=0.25； 短齿制ha*=0.8 ，c*=0.3 标准齿轮是指m,a, ha*和 c*均为标准值，且s=e的齿轮。 m,a, ha*和 c*是齿轮的基本参数，其它几何尺寸可通过它们 求得。