第4章 齿轮传动汇总

齿宽b较小时，载荷易均布 ——整体折断
直齿轮
齿宽b较大时，易偏载
斜齿轮——接触线倾斜
载荷集中在齿一端
——局部折断
后果：传动失效
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)
4.齿面磨损
常发生于开式齿轮传动。 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
改善措施： 闭式：1）↑HB,选用耐磨材料;
2）↓表面粗糙度; 3）↓滑动系数; 4）润滑油的清洁; 开式：5）加防尘罩。
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。
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；
↓应力集中
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）
软齿面齿轮：收敛性点蚀，相当于跑合； 跑合后，若σH仍大于[σH]，则成为扩展性点蚀。
硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。 ——扩展性点蚀
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
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。
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
点蚀实例
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；
机械传动类型
第4章 齿轮传动 4.1 概 述
一、齿轮传动的分类
Hale Waihona Puke Baidu
1.根据其传动比i是否恒定分
齿轮传动
圆形齿轮传动（定比传动） 非圆形齿轮传动（变比传动）
2.按照两轴相对位置分 外啮合直齿圆柱齿轮传动
两轴线平行
外啮合斜齿圆柱齿轮传动 外啮合人字齿圆柱齿轮传动
齿轮齿条传动
齿轮传动
内啮合圆柱齿轮传动 直齿圆锥齿轮传动
1、锻钢 软齿面齿轮 －中碳钢或中碳合金钢，如45、35SiMn等， 调质或正火处理 。45钢表面硬度可达217255HBW。
钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在2070HBW或更多。
硬 中碳钢或中碳合金钢 45、40Cr等 －－整体淬火 齿 面 中碳钢或中碳合金钢 45、40Cr等 －表面淬火，HRC4555 齿 轮 低碳合金钢如20Cr、20CrMnTi等－渗碳淬火 ，HRC5662
5. 齿面塑性变形
齿面较软时，重载下，Ff↑——材料塑性流动（流动方向沿Ff） 该失效主要出现在低速重载、频繁启动和过载场合。
5. 齿面塑性变形
主动轮1：摩擦力分别朝向齿顶和齿根
形成凹沟。
从动轮2：摩擦力由齿顶和齿根朝向中部 形成凸脊。
改善措施：1）↑齿面硬度 2）采用η↑的润滑油
二、齿轮传动的设计准则 取决于齿轮可能出现的损失形式。 对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是： 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。 对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应 按齿面抗胶合能力的准则进行设计。
2.铸钢
常用材料 如ZG310–570、 ZG340–640， 一般要进行正 火处理。
3.铸铁 常用的材料有灰铸铁HT250及HT350； QT500–7及
QT600–3 。 4.粉末冶金材料
5.非金属材料 常用齿轮材料及其机械性能见表4–1。
齿轮材料选用的基本原则：
低速重载——P↑、v ↓，不易形成油膜→冷胶合。 后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废。 改善措施：
1）采用抗胶合性能好的齿轮材料对。 2）采用极压润滑油。 3）↓表面粗糙度，↑HB。 4）材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。 5）↓m→↓齿高h→↓齿面vs（必须满足σF）。 6）角度变位齿轮，↓啮合开始和终了时的vs。 7）修缘齿，修去一部分齿顶，使vs大的齿顶不起作用。
开式传动：无点蚀（∵v磨损>v点蚀） 改善措施：
1）HB↑——[σH] ↑ 2）↑ρ（综合曲率半径）(↑d1) 3）↓表面粗糙度，↑加工精度 4）↑润滑油粘度
↑接触强度
3. 齿面胶合
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， 融焊→相对运动→撕裂、沟痕。
斜齿圆锥齿轮传动
两轴线不平行 曲齿圆锥齿轮传动
交错轴斜齿轮传动
各类齿轮
圆柱蜗杆传动
3.按照齿轮的工作条件分 闭式传动
齿轮传动 开式传动 半开式传动
4.按照齿轮齿面硬度分
齿轮传动
软齿面传动 （HBS≤350） 硬齿面传动 （HBS>350）
二、齿轮传动的和特点
优点： 1）传动效率高； 2）传动比恒定； 3）结构紧凑； 4）工作可靠、寿命长。 缺点： 1）制造齿轮需要专用机床和设备，成本较高； 2）不适于中心距较大两轴间传动 ； 3）使用维护费用较高； 4）精度低时、噪音、振动较大。
二、齿轮传动的设计准则（续） 由实践得知： 闭式齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。 开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。
4.3 齿轮常用材料和试验齿轮的疲劳极限
一、常用的齿轮材料 对齿轮材料性能的要求： 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较 强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求： 齿面硬、芯部韧。
4.2 齿轮的失效形式及齿轮传动的设计准则
一、轮齿的失效形式
齿轮传动的失效主要是指轮齿的失效，由于齿轮其 它部分（齿圈、轮辐、轮毂等）通常是经验设计的，其 尺寸对于强度和刚度而言均较富裕，实践中也极少失效。
常见的失效形式有：
1. 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