齿轮传动机械设计基础老师讲课课件

为法向力Fn , 其方向沿啮合线。
★力的作用点：
P
——齿宽中点的分度圆处
★力的大小： ★力的方向：
§11–3 齿轮传动的精度
1、传递运动的准确性精度（Ⅰ）。 2、传动的平移性精度（Ⅱ） 3、载荷分布的均匀性精度（Ⅲ）。
国家标准对圆柱齿轮及齿轮副规定了12个精度等级， 1级精度最高，12级最低，常用6~9级。
各种机械中的齿轮精度等级
应用范围
测量齿轮 透平齿轮 精密切削机床 航空发动机 一般切削机床 内燃或电动机车 轻型汽车
加工工艺：锻坯——加工毛坯——切齿——热处理（表面淬火、 渗碳、氮化、氰化）——磨齿（表面淬火、渗碳）。 若氮化、氰化：变形小，不磨齿 。 专用磨床，成本高，精度可达4、5、6级。
2、铸钢 用于d＞400~600mm的大尺寸齿轮；不重要的，批量生产的齿轮。
3、铸铁 常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料； 4、非金属材料 适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。
第十一章 齿轮传动
§11–1 轮齿的失效形式 §11-2 齿轮材料及热处理 §11–3 齿轮传动的精度 §11–4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 §11–5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度 §11–6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度 §11–8 斜齿圆柱齿轮传动 §11–9 直齿圆锥齿轮传动 §11-10 齿轮的构造
特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造
成本低，常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。
加工工艺：锻坯——加工毛坯——热处理（正火、调质 HB160~300）——切齿 精度7、8、9级。
2）硬齿面：HB＞350 低碳、中碳钢：20、45等 低碳、中碳合金钢：20Cr、20CrMnTi、20MnB等 特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较高 要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。
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
斜齿轮：接触线倾斜
——局部折断
二、齿面接触疲劳磨损（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。 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）
只宜用于低 速传动
§11–1 轮齿的失效形式
齿轮的失效发生在轮齿，其它部分很少失效。
失效形式
轮齿折断 齿面损伤
齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀） 齿面胶合 齿面磨粒磨损
齿面塑性流动 一、轮齿折断
常发生于闭式硬齿面或开式传动中。
现象：①局部折断 ②整体折断
位置：均始于齿根受拉应力一侧。
原因：• 疲劳折断
① 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。 σ
1
23
σ t
t 齿单侧受载
齿根弯曲 应力最大
齿双侧受载(1主动)
σF＞[σF]
② 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展→折断
• 过载折断 受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于
脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。
后果：传动失效
直齿轮
后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废。
四、齿面磨粒磨损 磨损： ①跑合磨损（有益） 常发生于开式齿轮传动。②磨粒磨损（有害）
现象：金属表面材料不断减小
原因：相对滑动+硬颗粒(灰尘、金属屑末等) 润滑不良+表面粗糙。
后果：正确齿形被破坏、传动不平稳, 齿厚减薄、抗弯能力↓→折断
五、齿面塑性流动 该失效主要出现在低速重载、频繁启动和过载场合。 齿面较软时，重载下，Ff↑——材料塑性流动（流动方向沿Ff） 主动轮1：齿面相对滑动速度方向vs指向节线，所以Ff背离节线， 塑变后在齿面节线处产生凹槽。
点蚀机理 点蚀实例
后果：齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑，传动不平稳
接触面↓，承载能力↓
传动失效
软齿面齿轮：早期点蚀，相当于跑合； 跑合后，若σH仍大于[σH]，则成为破坏性点蚀。
硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。 ——破坏性点蚀
开式传动：无点蚀（∵v磨损>v点蚀）
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三、齿面胶合——严重的粘着磨损 现象：齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。 原因：高速重载——v↑,Δt ↑,油η↓,油膜破坏,表面金属直接接触， →热胶合 低速重载——P↑、v ↓，不易形成油膜→冷胶合。
按齿根弯曲疲劳强度设计， 考虑磨损影响，m增大
§11-2 齿轮材料及热处理
一、材料要求 表面硬、芯部韧、较好的加工和热处理性能、价格低
二、常用材料 锻钢、铸钢、铸铁、非金属材料
1、锻钢
1）软齿面齿轮 HB≤350
注：大、小齿轮齿面有一定
中碳钢：40、45、50、55等
硬度差
中碳合金钢：40Cr、40MnB、20Cr HB1=HB2+（20~50）。
从动轮2：vs背离节线，Ff指向节线，塑变后在齿面节线处 形成凸脊。
二、设计准则
主要失效形式
设计准则
闭式软齿面齿轮传动
齿面点蚀 轮齿折断
按齿面接触疲劳强度设计， 校核弯曲疲劳强度
闭式硬齿面齿轮传动
轮齿折断 齿面点蚀
按齿根弯曲疲劳强度设计， 校核齿面接触疲劳强度
开式齿轮传动
齿面磨损和轮齿折断 10%--20%
§11-11 齿轮传动的润滑和效率
第十一章 齿轮传动
齿轮传动：用来传递运动和动力。
传动要求：须运转平稳, 且有足够承载能力。
本章讨论：标准齿轮传动的强度计算。
齿轮传动分类(按工作条件分)
传动类型
传动特点
适用性
闭式传动
封闭在箱体内，因而能保证良好 的润滑和工作条件。
重要齿轮传 动常采用
开式传动
齿轮外露, 不能保证良好润滑,易 落入灰尘、杂质，齿面易磨损。
精度等级
2~5 3~6 3~7 4~8 5~8 5~8 5~8
应用范围
载重汽车 一般减速器
拖拉机 起重机械
轧钢机 地质矿山绞车
农业机械
精度等级
6~9 6~9 6~10 7~10 6~10 7~10 8~11
§11–4 直齿圆柱齿轮传动的 作用力及计算载荷
一、轮齿上的作用力
若略去摩擦力, 则轮齿间 相互作用的总压力( 正压力 )