齿轮传动分类和基本原理

二、齿轮常用的热处理
齿轮常用的热处理方法有以下几种：
1.表面淬火
一般用于中碳钢和中碳合金钢。 表面淬火后轮齿变形不大，不必进行磨齿，齿 面硬度可达52-56HRC。
齿面接触强度高，耐磨性好，由于轮齿芯部未淬
硬仍有较高的韧性，所以能承受一定的冲击载 荷。
2.渗碳淬火
一般用于低碳钢和低碳合金钢。 渗碳淬火后齿面硬度可达56-62HRC。
时，可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行 正火处理以细化晶粒。
3.铸铁
由于抗弯和耐冲击性能较差，铸铁主要用
于工作平稳、低速、轻载、不太重要
的场合的齿轮材料。
4.非金属材料
在高速、轻载、精度不高的齿轮传动中， 为了降低噪声，常采用非金属材料（夹布
胶木、尼龙等）制作小齿轮，大齿轮仍用
钢或铸铁制造。
常用的齿轮材料及其力学性能见表11-1。
成的齿轮，更容易发生这种过载折断。
2）疲劳折断 当齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限 时，在载荷的多次重复作用下，齿根处将
产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，导致轮 齿弯曲疲劳折断。
轮齿单侧工作时，齿根弯曲应力按脉 动循环变化； 轮齿双侧工作时，齿根弯曲应力近似 按对称循环变化。
直齿轮是从齿根发生 全齿折断。
磨粒磨损是开式齿 轮传动的主要失效 形式。
2）跑合磨损
在闭式齿轮传动的最初运转期间，由于齿面不
够光滑，受载时实际上只有部分峰顶接触，磨
损速度和磨损量都较大。
磨损到齿面不平度的高度小于油膜厚度后，
磨损过程即放慢，进入正常磨损阶段。这种磨 损称为跑合。
跑合磨损能起抛光作用。
5.齿面塑性变形
重载且摩擦力很大时，
2. 齿面点蚀
轮齿受载后，齿面接 触应力按脉动循环变 化。当齿面接触应力超
过疲劳极限时，在载荷 的多次重复作用下，齿
面表层产生细微的疲 劳裂纹，高压油挤压 使裂纹蔓延扩展，使 金属微粒剥落下来形
成麻点状小坑，即出现 了疲劳点蚀。
疲劳点蚀首先出现在 靠近节线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的齿根 表面。
齿面越硬，抗点 蚀能力越强。
齿轮材料的基本要求是齿面硬、齿芯韧。即：
(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点
蚀、胶合以及塑性变形等。
(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵
抗齿根折断和冲击载荷。
(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能，
使之便于加工且便于提高其力学性能。
⑷价格低。
最常用的齿轮材料是钢，此外还有铸铁、非金 属材料等。
成本较低。常用于对尺寸和重量无严格要求 的场合。
(2)硬齿面齿轮 齿面硬度大于350HBS，常用的材料为中碳 钢或中碳合金钢。一般为切齿后经表面淬火 处理后再磨齿。
由于齿面硬度高，故承载能力也高。适用于 要求尺寸小和重量轻的场合。
齿面组合
软齿面组合：
在确定大．小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面 硬度比大齿轮的齿面硬度高20一50HBS。传动 比大，硬度差也大。
潘存云教授研制
齿面点蚀
软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。
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就被磨掉，所以一般 看不到点蚀现象。
3. 齿面胶合
在高速重载传动中，
由于相对滑动速度高， 齿面间压力大，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 粘连。当两齿面相对滑 动时，较软的齿面沿 滑动方向被撕下而形 成沟纹，此现象称为
齿面胶合。
在低速重载传动中，
齿面间不易形成油膜， 也可能发生胶合。
由于齿顶与齿根的表面
上滑动系数大，故胶合 一般出现在齿顶与齿 根的单齿啮合处。
4. 齿面磨损
有磨粒磨损和跑合磨损 两种。
1）磨粒磨损
由于灰尘、砂粒、金 属微粒等落入齿面间，
使齿面间产生摩擦磨损。
齿面严重磨损后齿廓 形状破坏，导致严重 噪声和振动，最终因轮 齿变薄而折断。
斜齿轮和人字齿轮由
于接触线为一斜线，从
而发生轮齿局部倾斜 折断。
齿宽较宽的直齿轮在
制造安装不良时，也会
发生局部折断。
轮齿折断是最危险的 失效形式之一。
它不仅会使传动完全 失效，而且掉下来的齿 块往往会导致其它零 件（如轴和轴承等）损 坏，以致发生更大的故
障。
潘存云教授研制
一般发生在齿根处，严重 过载突然断裂、疲劳折断。
较软的齿面上可能在节 线附近产生局部塑性变 形，使轮齿失去正确的 齿形。
主动齿轮齿面所受摩 擦力背离节线，齿面 在节线附近下凹；从 动齿轮齿面所受摩擦 力指向节线，齿面在 节线附近上凸。
这种失效形式常在低 速、过载严重和起 动频繁的传动中碰到。
表面凸出
表面凹陷
§11-2 齿轮材料及热处理
一、齿轮材料
轮齿芯部仍有较高的韧性，齿面接触强度高，耐
磨性好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。 轮齿渗碳淬火后通常要磨齿。
1．锻钢
锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热
处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。
(1)软齿面齿轮
齿面硬度≤350HBS，常用材料为中碳钢和中碳合 金钢，如45钢、40Cr、35SiMn等，进行调质或 正火处理。轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加 工，切齿精度一般为8级，精切可达7级。
因齿面硬度不高，故限制了承载能力，但易制造，
§11-1 轮齿的失效形式
齿轮传动的失效主要发生在轮齿。
其失效形式主要有以下五种：
1. 轮齿折断 轮齿折断一般发生在齿根部分。 因为轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根弯 曲应力最大，而且在过渡圆角处有应力 集中。
1） 过载折断
轮齿受到短时过载或冲击载荷，或轮齿 磨损减薄时，均易发生突然折断。 特别是用脆性材料（淬火钢、铸铁等）制
这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿 轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小 齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。 这一要求，可通过选用不同材料或热处理来实现。
硬齿面组合：
当大小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的齿面硬度应 略高，也可和大齿轮相等。
2.铸钢
当齿轮的尺寸较大(大于400一 600mm)或结构形状复杂而不便于锻造
齿轮传动分类和基本 原理
齿轮传动的分类
按齿轮的工作条件：
闭式：封闭在箱体内，安装精度高，润滑条件
好，使用广泛。
开式：齿轮外露，不能防尘，周期润滑，精度
低，齿面易磨损，多用于低速传动。
半开式：齿轮浸入油池，润滑得到改善；外装
简单防护罩，防尘性能差。用于非重要传动。
按齿面硬度：
软齿面齿轮：齿面硬度≤350HBS 硬齿面齿轮：齿面硬度 >350HBS