齿轮传动

接触面↓，承载能力↓
传动失效
改善措施：
1）HB↑——[σH] ↑ 2）↑ρ（综合曲率半径） 3）↓表面粗糙度，↑加工精度 4）↑润滑油粘度 ↑接触强度
3.齿面的胶合：
齿面粘连后撕脱
原因：
高速重载；滑动速度大； 散热不良；齿面金属熔化粘连 后撕脱——热胶合 低速重载，由于齿面间油膜 破坏，也会出现胶合——冷胶合
交错轴斜齿轮传动
蜗 轮 蜗 杆 传 动
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4、按齿轮啮合方式
直 齿 圆 柱 齿 轮 传 动
外齿轮 外啮合齿轮传动 内齿轮 内啮合齿轮传动
齿轮齿条啮合
齿
条Байду номын сангаас
5、按齿轮传动工作条件
◆ 闭式齿轮传动
◆
开式齿轮传动
6、按齿轮圆周速度高低
◆ ◆ ◆ 极低速齿轮传动 低速齿轮传动 中速齿轮传动 小于0.5 m/s

——蜗杆的螺旋升角；
d1 ——蜗杆直径,有标准值，mm； n1 ——蜗杆转速,r/min。
由上式可见，Vs值较大，而且这种滑动是沿着齿长方向 产生的，所以容易使齿面发生磨损及发热，致使齿面产生胶 合而失效。因此，蜗杆传动最易出现的失效形式是磨损和胶 合。当蜗轮齿圈的材料为青铜时，齿面也可能出现疲劳点蚀。 在开式蜗杆传动中，由于蜗轮齿面遭受严重磨损而使轮齿变 薄，从而导致轮齿的折断。 在一般情况下，由于蜗轮材料强度较蜗杆低，故失效大多 发生在蜗轮轮齿上。 避免蜗杆传动失效的措施有：供给足够的和抗胶合性能好 的润滑油；采用有效的散热方式；提高制造和安装精度；选 配适当的蜗杆和蜗轮副的材料等。
原因：σH＞[σH]
脉动循环应力 1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹； 2）节线处常为单齿啮合，接触应力大； 3）节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，
摩擦力大，易产生裂纹。
4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。 （油粘度越小，裂纹扩展越快）
后果：齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑，传动不平稳
与齿轮传动相比的优点：
1） 制造和安装精度要求较低、成本低廉； 2） 能实现远距离传动，达几十米； 3） 结构简单，重量较小； 4） 在恶劣环境下也能工作。
主要缺点：
1. 瞬时传动比、链速瞬时变化，周期性变化，不是恒定的常数，产生冲击、
震动和动载荷，传动平稳性较差；
2. 只能实现两平行轴间链轮的同向传动； 3. 磨损后易发生跳齿、掉链现象；
4．不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用，不宜在速度较高
的情况下应用；
5．制造费用比带高。
应用范围：适用于中心距较大、要求平均传动比准确或工作条件恶 劣（如温度高、有油污、淋水等）的场合。 广泛应用于化工机械、 矿山机械、农业机械、机床及摩托车中。 通常，链传动的传动比 i≤8；
中心距 a≤5m～6m；
0.5～3 m/s 3～15 m/s
◆ 高速齿轮传动
大于15m/s
7、按齿轮齿廓曲线的形状
◆
渐开线齿轮传动
（常用）
◆ 摆线齿轮传动 （计时仪器） ◆ 圆弧齿轮传动 （承载能力较强）
§10-2 齿轮传动的失效形式和设计准则
一、失效形式：
齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式 与工作条件、速度、载荷、材料热处理等因素有关，其常见 的失效形式有： Fn
第四章 蜗杆传动
一、蜗杆传动的特点、类型及应用场合
二、蜗杆传动的失效形式及原因
三、蜗杆涡轮的常用材料与结构 四、蜗杆传动装置的润滑与维护
一、蜗杆传动的特点、类型及应用场合
蜗杆传动由蜗杆1和蜗轮2（图3－14）组
成，用于传递空间两交错轴之间的运动和动 力，两轴线投影夹角为90度。 在蜗杆传动中，通常是蜗杆主动，蜗轮从 动。设主动蜗杆转速为n1。头数为z1，从动蜗 轮转速为n2。、齿数为z2， 则蜗杆传动的传动比为
一. 常用材料：
齿轮常用材料是各种牌号的中碳钢，中、低碳合金钢， 铸钢和铸铁等。一般多采用锻造毛坯或轧制钢材， 齿轮尺寸较大或结构复杂且生产批量大时，可采用铸钢 或铸铁。
钢
调质钢 45、40Cr、30CrMnSi、35SiMn等 锻钢 渗碳钢 20Cr、 20CrMnTi等 氮化钢 38CrAlA 等
i= n1 z 2 n2 z1
图3-14 蜗杆传动组成
1.蜗杆传动的特点
①可用较紧凑的一级传动得到很大的传动比。因为一般蜗 杆的头数 1=1、2、4、6，蜗轮齿数 2 =29～83，故单级蜗杆 传动的传动比可达83。
z
z
②传动平稳无噪声。由于蜗杆为连续的螺旋，它与蜗轮啮 合是连续的，因此，蜗杆传动平稳而无噪声。 ③具有自锁性。适当设计的蜗杆传动可以作成只能以蜗杆 为主动件，而不能以蜗轮为主动件的传动，这种特性称为蜗杆 传动的自锁。具有自锁性的蜗杆传动，可用于手动的简单起重 设备中，以防止吊起的重物因自重而自动下坠，保证安全生产。
传递功率 P≤100kW； 圆周速度 v≤15m/s； 传动效率约为，闭式： h=0.95～0.98， 开式： h=0.9～0.93。
链分类
常用的链条有滚子链、套筒滚子链和齿形链。 链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链
条联成环形时正好是外链板与内链板相接。
滚子链
套筒滚子链
齿形链
链传动的失效形式
三、蜗杆蜗轮的常用材料与结构
1.蜗杆蜗轮的材料
根据蜗杆传动的失效特点，蜗杆蜗轮的材料需具备： 1）足够的强度 2）良好的减磨性（即摩擦系数小） 3）耐磨性和抗胶合的能力。 实践表明，比较理想的材料组合是淬硬并经过磨 制的钢制蜗杆配以青铜蜗轮齿圈。
(1)蜗杆材料
对高速重载的传动，蜗杆材料常用合金渗碳钢（如 20Cr 、 20CrMnTi 等 ） 渗 碳 淬 火 ； 表 面 硬 度 达 HRC56 ～ HRC62，并经磨削；对中速中载的传动，蜗杆材料可用 调质钢（如45、35CrMo、40Cr、40CrNi等）表面淬火， 表面硬度为HRC45—HRC55，也需磨削；低速不重要的蜗 杆可用45钢调质处理，其硬度为HBS220～HBS300。
圆弧圆柱蜗杆（图3-16）的轴向齿廓为凹圆弧形，相 配蜗轮的齿廓为凸圆弧形。在中间平面内，蜗杆与蜗轮形成 凹凸齿廓配合。具有效率高（达0.90以上）、承载能力大 （约为普通圆柱蜗杆传动的1.5-2.5倍）、传动比范围大、 体积小等优点，适用于高速重载传动，并有逐渐替代普通圆 柱蜗杆传动的趋势。 环面蜗杆（图3-17）的轴向齿廓为以凹圆弧为母线的内 凹旋转曲面。环面蜗杆传动具有效率高（高达0.90-0.95）、 承载能力大（约为普通圆柱朗杆传动的2-4倍）、体积小、 寿命长等优点，但需要较高的制造和安装精度。环面涡杆传 动应用日益广泛。
塑性变形原因：齿面软，润滑失效、摩擦变大。 塑性变形后果：齿廓形状变化，破坏正确啮合。 防止塑性变形：提高齿面硬度、提高润滑油粘度。
§10- 3 齿轮材料及选择原则
对材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。
齿面具有较高的硬度和耐磨性
抵抗齿面点蚀、胶合、 磨损、塑性变形
抵抗轮齿折断
轮齿具有足够强度和韧性
二、蜗杆传动的失效形式及原因
用杆传动的工作情况与齿轮传动相似，其失效形式 也有磨损、胶合、疲劳点蚀和轮齿折断等。
在蜗杆传动中，蜗杆与蜗轮工作齿面间存在着相 对滑动，相对滑动速度Vs按下式计算：
v1 d1n1 vs (m / s ) cos 60 1000 cos
式中
v1——蜗杆上节点的线速度，m/s；
（3）多次冲击破坏 受重复冲击载荷或反复起动、制动和反转时，滚 子套筒和销轴可能在疲劳破坏之前发生冲击断裂。
（4）胶合 润滑不当或速度过高时，使销轴和套筒之间的润滑油膜 受 到破坏，以致工作表面发生胶合。胶合限定了链传动的极限转速。
（5）静力拉断 若载荷超过链条的静力强度时，链条就被拉断。这种 拉断常发生于低速重载或严重过载的传动中。
④效率低。对于普通蜗杆传动，开式传动的效率仅为 0.6-0.7，闭式传动的效率在0.7—0.92之间；对于具有自锁 性的蜗杆传动，其效率仅为0.4-0.5。因此蜗杆传动不适用于 大功率连续运转。 ⑤有轴向分力。蜗杆传动中，蜗杆和蜗轮都有轴向分力， 该力将使蜗杆和蜗轮轴沿各自轴线方向移动，故两轴上都要 安装能够承受轴向载荷的轴承。 ⑥制造蜗轮需用贵重的青铜，成本较高。
1.轮齿折断：
折断发生在齿根处 齿根弯曲应力大； 原因 齿根应力集中 1）过载折断（淬火钢和铸铁齿轮常见的失效形式）； 2）疲劳折断：齿根应力集中、交变载荷反复作用、疲劳裂纹 扩展。
轮齿折断
直齿轮
齿宽b较小时，载荷易均布 ——整体折断 齿宽b较大时，易偏载 ——载荷集中在齿一端 ——局部折断
斜齿轮：接触线倾斜 改善措施：
1）d一定时，z↓，m↑；
2）正变位；
齿根厚度↑ ↑抗弯强度
3）提高齿面硬度(HB↑)→[σF] ↑； 4）↑齿根过渡圆角半径； 5）↓表面粗糙度，↓加工损伤； 6）↑轮齿精度； 7）↑支承刚度。 改善载荷分布 ↓应力集中
2.齿面点蚀：
常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。 现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。
4.齿面磨损： 原因：相对滑动；
润滑不良； 存在杂质。
主动
磨损后果： 齿形破坏、变薄引起冲 击、振动，甚至断齿。
措施：1）加强润滑；
被动
2）开式改闭式传动
5.轮齿的塑性变形：
齿体塑性变形：突然过载，引起齿体歪斜。 齿面塑性变形：齿面表层材料沿摩擦力方向流动。
齿面塑性变形的后果：主动轮在接线附近形成凹坑； 从动轮轮齿在节线附近形成凸棱。
第十章 齿轮传动
齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动型式。
§10-1 概
述
一、齿轮传动的组成及工作原理：