齿轮传动

齿轮传动

㈠基本内容：

1. 齿轮传动的类型及特点；

2.齿轮传动的主要参数；

3.齿轮传动的主要失效形式；

4.齿轮材料及其热处理；

5.圆柱齿轮传动的几何计算；

6.圆柱齿轮传动的载荷计算；

7.直齿圆柱齿轮传动的强度计算；

8.斜齿圆柱齿轮传动的强度计算；

9.直齿锥齿轮传动；

10.齿轮传动的效率和润滑；

11.齿轮结构.

㈡重点与难点：

1重点：齿轮传动的主要失效形式和计算准则；齿轮传动的载荷计算及各类齿轮传动的受力分析；直齿圆柱齿轮传动的设计原理及强度计算.

2难点：针对不同条件恰当地确定设计准则和选用相应的设计数据.

㈢基本要求：

1熟悉齿轮传动的特点及应用；

2掌握不同条件下齿轮传动的失效形式、设计准则；

3掌握齿轮常用材料及热处理方法的选择；

4掌握齿轮传动的基本设计原理、设计程序、强度计算方法；重点应掌握圆柱齿轮传动的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算的理论依据、力学模型、计算公式及公式中各参数的物理意义和公式的运用；

5掌握齿轮的结构设计；

6了解圆柱齿轮和圆锥齿轮强度计算公式的推导；

7齿轮传动的精度等级和润滑设计.

12．l 概述

齿轮传动的适用范围很广，传递功率可高达数万千瓦，圆周速度可达150m／s(最高300 m／s)，直径能做到10m以上，单级传动比可达8或更大，因此在机器中应用很广。12．1．1 优缺点

和其他机械传动比较，齿轮传动的主要优点是：工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围很广等。缺点是：齿轮制造需专用机床和设备，成本较高；精度低时，振动和噪声较大；不宜用于轴间距离大的传动等。

12．1．2 分类

齿轮传动分类

按轴的布置方式分：平行轴传动，交叉轴传动，交错轴传动

按齿线相对于齿轮母线方向分：直齿，斜齿，人宇齿，曲线齿

按齿轮传动工作条件分：闭式传动，形式传动，半形式传动

按齿廓曲线分：渐开线齿，摆线齿，圆弧齿

按齿面硬度分：软齿面(≤350佃)，硬齿面(>350佃)

12. 1．3 基本要求

齿轮传动应满足两项基本要求:1)传动平稳;2)承载能力高。

在齿轮设计、生产和科研中，有关齿廓曲线、齿轮强度、制造精度、加工方法以及热理工艺等，基本上都是围绕这两个基本要求进行的。

12．2 齿轮传动的主要参数

12，2．1 主要参数

——基本齿廓。渐开线齿轮轮齿的基本齿廓及其基本参数见表12．2或查阅机械设计手册。

——模数。为了减少齿轮刀具种数，规定的标准模数见表12．3或查阅机械设计手册。——中心距。荐用的中心距系列见表12，4或查阅机械设计手册。

——传动比i、齿数比u。主动轮转速nl与从动轮转速n2之比称为传动比i。大齿轮的齿数z2与小齿轮齿数z1之比称为齿数比u。

减速传动时，u=i；增速传动u=1/i 。

——标准模数m：

①斜齿轮及人宇齿轮取法向模数为标准模数，锥齿轮取大端模数为标准模数。

②标准中优先采用第一系列，括号内的模数尽可能不用。

——变位系数。刀具从切制标准齿轮的位置移动某一径向距离(通称变位量)后切制的齿轮，

称为径向变位系数。刀具变位量用xm表示，x称为变位系数。刀具向齿轮中心移动，x为负值，反之为正值。随着x的改变，轮齿形状也改变，因而可使渐开线上的不同部分作为工作齿廓，以改善啮合性质。，

由变位齿轮所组成的齿轮传动，若两轮变位系数的绝对值相等，但一为正值，另一为负值，即x1=-x2称为“高度变位”，此时，传动的啮合角等于分度圆压力角，分度圆和节圆重合，中心距等于标准齿轮传动中心距，只是齿顶高和齿根高有所变化。

若x1=-x2；x1+x2≠0，这种齿轮传动称为角度变位齿轮传动。此时，啮合角将不等于分度圆压力角，分度圆和节圆不再重合。

12．2，2 精度等级的选择

在渐开线圆柱齿轮和锥齿轮精度标准(GBl0095—-88和GBll365—89)中，规定了12个精度等级，按精度高低依次为1—12级，根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性的要求不同，每个精度等级的各项公差相应分成三个组：第工公差组、第Ⅱ公差组和第Ⅲ公差组。

12．3 齿轮传动的失效形式

齿轮传动的失效形式主要有轮齿折断和齿面损伤两类。齿面损伤又有齿面接触疲劳磨

损(点蚀)、胶合、磨粒磨损和塑性流动等。

12．3．1 轮齿折断

折断一般发生在齿根部位。折断有两种：一种是由多次重复的弯曲应力和应力集中造成的疲劳折断；另一种是因短时过载或冲击载荷而产生的过载折断。两种折断均起始于轮齿受拉应力一侧。齿宽较小的直齿圆柱齿轮，齿根裂纹一般是从齿根沿着横向扩展，发生全齿折断。齿宽较大的直齿圆柱齿轮常因载荷集中在齿的一端，斜齿圆柱齿轮和人字齿轮常因接触线是倾斜的，载荷有时会作用在一端齿顶上，故裂纹往往是从齿根斜向齿顶的方向扩展，发生轮齿局部折断。

增大齿根过渡曲线半径、降低表面粗糙度值、减轻加工损伤(如磨削烧伤、滚切拉伤)、采用表面强化处理(如喷丸、辗压)等，都有利于提高轮齿的抗疲劳折断能力。

12．3．2 齿面接触疲劳磨损(点蚀)

点烛是润滑良好的闭式传动常见的失效形式。由于齿面接触应力是交变的，应力经多次反复后，在节线附近靠近齿根部分的表面上，会产生若干小裂纹，封闭在裂纹中的润滑油，在压力作用下，产生楔挤作用而使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点。这种疲劳磨损现象，在齿轮传动中常称为“点蚀”。润滑油是接触疲劳磨损的媒介，实践证明：润滑油粘度愈低，愈易渗入裂纹，点蚀扩展愈快。点蚀将影响传动的平稳性并产生振动和噪声，甚至不能正常工作。新齿轮在短期工作后出现的点蚀痕迹，继续工作不再发展或反而消失的称为收敛性点蚀。收敛性点蚀只发生在软齿面(≤350HB)上，原因是轮齿初期工作时表面接触不够好，在个别凸起处有很大的接触应力，但当点蚀形成后，凸起逐渐变平，接触面积扩大，待接触应力降至小于极限值时，点蚀即停止发展。

随着工作时间的延长而继续扩展的点蚀称为扩展性点蚀。常在软齿面轮齿经跑合后，接触应力高于接触疲劳极限值时发生。严重的扩展性点蚀能使齿轮在很短时间内报废。硬齿面

(>350HB)轮齿不发生收敛性点蚀。原因是齿面出现小凹坑后，由于材料的脆性，凹坑边缘不易被辗平，而是继续碎裂成为大凹坑，直到齿面完全破坏为止。

在短时过载下，硬齿面齿轮可能出现齿面破碎，软齿面齿轮则可能出现齿面塑性变形。

开式传动没有点蚀现象，这是由于齿面磨粒磨损比疲劳磨损发展得快的缘故。

提高齿面接触疲劳强度，防止或减轻点蚀的主要措施有：1)提高齿面硬度和降低表面粗糙度值；2)在许可范围内采用大的变位系数和，以增大综合曲率半径；3)采用粘度较高的润滑油；4)减小动载荷等。