第十一章 齿轮传动ppt课件
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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
齿面胶合
跑合磨损 齿面磨损 磨粒磨损
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件
齿面塑性变形
主动齿 从动齿
§13-2 齿轮材料及热处理
常用齿轮材料
优质碳素钢
合金结构钢 铸钢 铸铁
热处理方法
表面淬火 渗碳淬火 调质 正火
3.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、
40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为： 220~260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精 切齿形，且在使用中易于跑合。
4. 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。
Fr1 、Fr2分别指向各自齿轮的轮心
n2 Fr2 2
Ft2 1
n1 Fr1
n2
Ft1
n1
注意：
各力应画在 啮合点上！
二、计算载荷
名义载荷：机器铭牌上给定的载荷或经受力分 析得到的载荷。如 P、T、Fn 等。
计算载荷：实际计算时，为尽可能接近实际情况，需
要计入影响受力效果的各种因素（制造、安装误差，轮 齿、轴和轴承受载后的变形，原动机与工作机的不同性 能，传动中工作载荷与工作速度的变化等 ），以系数的 形式对名义载荷进行修正。名义载荷的修正值称为计算
c
N2 αt t
N1
Fn
d1 T1 2
N1
Fr
Fn N2 αt
c Ft
T1
d1 2
α ω1 O（1主动）
α ω1 （主动）
O1
各作用力方向判断
①各力关系：作用在主动轮和从 动轮上的对应力等值反向 ，即
Fr1 = Fr2
Ft1 F t2
② 各力的方向： Ft1与主动轮回转方向相反
Ft2与从动轮回转方向相同
P162表11—2列出了精度等级的荐用范围，设计时可参考。
§13-4 直齿圆柱齿轮传动的作 用力及计算载荷
齿轮上的作用力 计算载荷
一、轮齿上的作用力
O2
O2
各作用力的方向如图
α ω2
α
（从动）
圆周力： Ft
2T1 d1
径向力：Fr1Fr2Ftt g
法向力：Fn Ft /cos
t
d2 2 Fn
许用接触应力：[H]SHHlim
MPa
σHlim ----接触疲劳极限, 由实验确定,
载荷。 如 Pc、Tc、Fn等c 。
计算齿轮强度时，名义载荷Fn通常用计算载荷KFn代替， 以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为载荷系数。其值 由P164表11—3查取。
§13-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面 强度计算
在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主 要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。
齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有 关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公 式进行计算。
齿面点蚀——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。
齿面点蚀
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。
渗氮
----高频淬火、火焰淬火
1.表面淬火 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。
表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达 52~56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。
2. 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金
钢，如20、20Cr等。齿面硬度达56~62HRC，齿面接 触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载 荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。
5. 渗氮 渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达
60~62HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难 以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.
特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，HBS ≤ 350，属软齿面， 工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时， 因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时， 小轮比大轮硬度高: 20~50HBS
第13章 齿轮传动
作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。 要求： 运转平稳、足够的承载能力。
分类
开式传动 闭式传动
----裸露、灰尘、易磨损，适于 低速传动。
----润滑良好、适于重要应用；
§13-1 轮齿传动的失效形式
轮齿折断
失效形式
齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形
轮齿折断 一般发生在齿根处，严重过载 突然断裂、疲劳折断。
α ω1 O（1主动）
或 : d1 = 2a /(u ±1)
得:
1 1 (21) 2(d2 d1) u1 2 1 2 12 d1d2 sin u d1sin
由于节点处只有一对齿啮 合，所以载荷由一对齿承担：
Fn
Ft cos
2T1 d 1 cos
齿面接触强度条件：
许用接触 应力
HZEZHZ 2 bK 1 d21T uu 1HMPa
11
O2
赫兹公式： H
Fn •
1 2
b
1 12
1
2 2
E1
E2
“+”用于外啮合，“-”用于内啮合
节圆处齿廓曲率半径：
t
1N1Cd1s2in 2N2Cd2s2in N1
α ω2 （从动）
d2 2
ρ2 N2
αt
C ρ1
d1
T1 2
齿数比: u= z2 /z1 = d2 /d1 ≥ 1 中心距 : a=(d2 ± d1)/2 = d1(u ±1)/2
表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬 齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构 紧凑的场合。
§11—3 齿轮传动的精度
误差对齿轮传动的影响： 1、影响传递运动的准确性 2、影响传动的平稳性 3、影响载荷分布的均匀性
精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。齿轮 副中两个齿轮的精度等级一般取成相同
其中K为载荷系数；载荷系数根据原动机的类型及 工作机械的载荷特性确定，见表11-3
ZE为弹性系数，见表11-4 ZH为区域 宽 da系 da b,数可 得
齿面接触强度的设计公式：
d1
3
2Kd1Tuu1ZEZH HZ
2
mm
一对齿轮，当材料、传动比及齿宽系数 一定时，齿轮的直径由齿面接触强度决定，而 模数的大小与接触强度无关。
3.增加润滑油粘度低速
4.加抗胶合添加剂高速
齿面胶合
跑合磨损 齿面磨损 磨粒磨损
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件
齿面塑性变形
主动齿 从动齿
§13-2 齿轮材料及热处理
常用齿轮材料
优质碳素钢
合金结构钢 铸钢 铸铁
热处理方法
表面淬火 渗碳淬火 调质 正火
3.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、
40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度为： 220~260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精 切齿形，且在使用中易于跑合。
4. 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。
Fr1 、Fr2分别指向各自齿轮的轮心
n2 Fr2 2
Ft2 1
n1 Fr1
n2
Ft1
n1
注意：
各力应画在 啮合点上！
二、计算载荷
名义载荷：机器铭牌上给定的载荷或经受力分 析得到的载荷。如 P、T、Fn 等。
计算载荷：实际计算时，为尽可能接近实际情况，需
要计入影响受力效果的各种因素（制造、安装误差，轮 齿、轴和轴承受载后的变形，原动机与工作机的不同性 能，传动中工作载荷与工作速度的变化等 ），以系数的 形式对名义载荷进行修正。名义载荷的修正值称为计算
c
N2 αt t
N1
Fn
d1 T1 2
N1
Fr
Fn N2 αt
c Ft
T1
d1 2
α ω1 O（1主动）
α ω1 （主动）
O1
各作用力方向判断
①各力关系：作用在主动轮和从 动轮上的对应力等值反向 ，即
Fr1 = Fr2
Ft1 F t2
② 各力的方向： Ft1与主动轮回转方向相反
Ft2与从动轮回转方向相同
P162表11—2列出了精度等级的荐用范围，设计时可参考。
§13-4 直齿圆柱齿轮传动的作 用力及计算载荷
齿轮上的作用力 计算载荷
一、轮齿上的作用力
O2
O2
各作用力的方向如图
α ω2
α
（从动）
圆周力： Ft
2T1 d1
径向力：Fr1Fr2Ftt g
法向力：Fn Ft /cos
t
d2 2 Fn
许用接触应力：[H]SHHlim
MPa
σHlim ----接触疲劳极限, 由实验确定,
载荷。 如 Pc、Tc、Fn等c 。
计算齿轮强度时，名义载荷Fn通常用计算载荷KFn代替， 以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为载荷系数。其值 由P164表11—3查取。
§13-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面 强度计算
在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主 要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。
齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有 关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公 式进行计算。
齿面点蚀——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。
齿面点蚀
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。
渗氮
----高频淬火、火焰淬火
1.表面淬火 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。
表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达 52~56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。
2. 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金
钢，如20、20Cr等。齿面硬度达56~62HRC，齿面接 触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载 荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。
5. 渗氮 渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达
60~62HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难 以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.
特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，HBS ≤ 350，属软齿面， 工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时， 因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时， 小轮比大轮硬度高: 20~50HBS
第13章 齿轮传动
作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。 要求： 运转平稳、足够的承载能力。
分类
开式传动 闭式传动
----裸露、灰尘、易磨损，适于 低速传动。
----润滑良好、适于重要应用；
§13-1 轮齿传动的失效形式
轮齿折断
失效形式
齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形
轮齿折断 一般发生在齿根处，严重过载 突然断裂、疲劳折断。
α ω1 O（1主动）
或 : d1 = 2a /(u ±1)
得:
1 1 (21) 2(d2 d1) u1 2 1 2 12 d1d2 sin u d1sin
由于节点处只有一对齿啮 合，所以载荷由一对齿承担：
Fn
Ft cos
2T1 d 1 cos
齿面接触强度条件：
许用接触 应力
HZEZHZ 2 bK 1 d21T uu 1HMPa
11
O2
赫兹公式： H
Fn •
1 2
b
1 12
1
2 2
E1
E2
“+”用于外啮合，“-”用于内啮合
节圆处齿廓曲率半径：
t
1N1Cd1s2in 2N2Cd2s2in N1
α ω2 （从动）
d2 2
ρ2 N2
αt
C ρ1
d1
T1 2
齿数比: u= z2 /z1 = d2 /d1 ≥ 1 中心距 : a=(d2 ± d1)/2 = d1(u ±1)/2
表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬 齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构 紧凑的场合。
§11—3 齿轮传动的精度
误差对齿轮传动的影响： 1、影响传递运动的准确性 2、影响传动的平稳性 3、影响载荷分布的均匀性
精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。齿轮 副中两个齿轮的精度等级一般取成相同
其中K为载荷系数；载荷系数根据原动机的类型及 工作机械的载荷特性确定，见表11-3
ZE为弹性系数，见表11-4 ZH为区域 宽 da系 da b,数可 得
齿面接触强度的设计公式：
d1
3
2Kd1Tuu1ZEZH HZ
2
mm
一对齿轮，当材料、传动比及齿宽系数 一定时，齿轮的直径由齿面接触强度决定，而 模数的大小与接触强度无关。