第三篇机械传动(齿轮传动蜗杆传动)剖析
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11/10/2020
计算准则
目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强 度及保证齿面接触疲劳强度两项准则进行计算。
1）闭式 -----------齿面接触疲劳强度设计 --------分度圆直径及其主要 几何参数（d、b等）--------再齿轮齿根的弯曲疲劳强度校核。 但齿面较硬时，按齿根的弯曲疲劳强度设计----------再对齿面接触 疲劳强度进行校核。 当有短时过载时，还应进行静强度计算。 对于高速大功率的齿轮传动，还应进行抗胶合计算。
2.齿面磨损
磨粒磨损 开式齿轮传动的主要失效形式 防止或减轻磨粒磨损的主要措施： 1）提高齿面硬度； 2）降低表面粗糙度值； 3）降低滑动系数； 4）注意润滑油的清洁和定期更换等。
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3. 齿面点蚀
发生在润滑良好的闭式传动，特别是在软齿面上更容易发生。 在节线附近靠近齿根部分的表面上。
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直齿圆柱齿轮机构
外啮合齿轮传动
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内啮合齿轮传动
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齿轮齿条传动
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外啮合齿轮传动
内啮合圆柱齿轮机构
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齿轮齿条机构
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人字齿
直齿圆锥齿轮机构
斜齿圆锥齿轮机构
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交错轴齿轮传动
§10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
（一）失效形式： 轮齿折断 齿面损伤：齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形
Fra Baidu bibliotek1.轮齿折断 在闭式齿轮传动中，当齿轮的齿面较硬时，易出现轮齿折断。 多发生在根部
疲劳折断 过载折断 全齿折断 ：齿宽较小的直齿圆柱齿轮 局部折断： 齿宽较大的直齿圆柱齿轮、斜齿轮、人字齿
2.分类
（1）按工作条件分
开式传动 半开式传动 闭式传动
（2）按齿线形状分 直齿、斜齿、曲线齿(人字齿)
（3）按材料硬度分
硬齿面 软齿面
>350HB(或>38HRC) ≤350HB(或≤38HRC)
（4）按轴的布置方式
平行轴齿轮传动 相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动
（5）按齿廓曲线分 渐开线齿、摆线齿、圆弧齿
第十章 齿轮传动 第十一章 蜗杆传动
第十章 齿轮传动
§10-1 概述 §10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 §10-3 齿轮的材料及其选择原则 §10-4 齿轮传动的计算载荷 §10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 §10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 §10-9 变位齿轮传动强度计算概述 §10-10 齿轮的结构设计 §10-11 齿轮传动的润滑 §10-12 圆弧齿圆柱齿轮传动简介
收敛式点蚀 ：不再发展或反而消失的点蚀（只发生在软齿面上） 扩展式点蚀：随时间的延长而继续扩展的点蚀
防止或减轻点蚀的主要措施： 1）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值； 2）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。
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4.齿面胶合 高速重载→高温→齿面胶合 低速重载→不易形成油膜→冷焊粘着 防止或减轻齿面胶合的主要措施： 1）采用抗胶合能力强的润滑油； 2）在润滑油中加入极压添加剂等。
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5.塑性变形
在过大的应力作用下发生的塑性变形，一般发生在软齿面上。 齿面塑性变形：滚压塑变、锤击塑变 主动轮在节线附近形成：凹槽 从动轮在节线附近形成：凸脊 防止或减轻齿面塑性流动的主要措施： 1）提高齿面硬度； 2）采用粘度较大的或加有极压添加剂的润滑油。
1.整体淬火 2.表面淬火 3.渗碳淬火 4.渗氮 5.碳氮共渗
6.正火和调质
获得硬齿面 获得软齿面
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（二）齿轮材料的选用原则
1）齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、 经济性等；
2）应考虑齿轮尺寸的大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 3）正火碳钢只能用于载荷平稳或轻度冲击下；调质碳钢可用于中
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（二）设计准则 保证齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。 由实践得知： 闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。 闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 齿根弯曲疲劳强度主要由模数决定。 齿面接触疲劳强度主要由直径决定。
2）在开式齿轮传动中，以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则， 为延长开式（半开式）齿轮传动寿命，可适当加大模数。
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§10-3 齿轮的材料及其选择原则 （一）常用的齿轮材料
1．钢
(1)锻钢
1)软齿面(≤350HB) 如：45，40Cr正火或调质热处理 →切齿7级或8级 2)硬齿面(>350HB) 如：45，40Cr 淬火
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§10-1 概述
1.优缺点
优点： 1）传动效率高 可达η=99％。在常用的机械传动中，齿轮传动
的效率为最高； 2）结构紧凑 与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，
齿轮传动所需的空间一般较小； 3）工作可靠，寿命长 4）传动比稳定 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得
广泛应用的原因之一； 5）功率和速度适用范围很广等。 缺点： 1）制造、安装精度要求较高（专用机床和刀具加工）； 2）精度低时，噪音、振动较大； 3）不适于中心距a较大两轴间传动； 4）11制/10/2造020 、使用及维护的费用较高。
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提高轮齿的抗疲劳折断能力的措施： 1）增大齿根过渡曲线半径及消除加工刀痕； 2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀； 3）采用合适的热处理方法使齿芯具有足够的韧性； 4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。
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20Cr 20CrMnTi 渗碳淬火 先粗加工→齿面硬化处理→精加工（4级或5级）
(2)铸钢 如：ZG310~570（常化处理）应用于尺寸较大的齿轮。
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2．铸铁 如：HT200~HT350、QT500-5等
应用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。
3．非金属材料 如：夹布胶木、尼龙
计算准则
目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强 度及保证齿面接触疲劳强度两项准则进行计算。
1）闭式 -----------齿面接触疲劳强度设计 --------分度圆直径及其主要 几何参数（d、b等）--------再齿轮齿根的弯曲疲劳强度校核。 但齿面较硬时，按齿根的弯曲疲劳强度设计----------再对齿面接触 疲劳强度进行校核。 当有短时过载时，还应进行静强度计算。 对于高速大功率的齿轮传动，还应进行抗胶合计算。
2.齿面磨损
磨粒磨损 开式齿轮传动的主要失效形式 防止或减轻磨粒磨损的主要措施： 1）提高齿面硬度； 2）降低表面粗糙度值； 3）降低滑动系数； 4）注意润滑油的清洁和定期更换等。
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3. 齿面点蚀
发生在润滑良好的闭式传动，特别是在软齿面上更容易发生。 在节线附近靠近齿根部分的表面上。
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直齿圆柱齿轮机构
外啮合齿轮传动
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内啮合齿轮传动
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齿轮齿条传动
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外啮合齿轮传动
内啮合圆柱齿轮机构
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齿轮齿条机构
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人字齿
直齿圆锥齿轮机构
斜齿圆锥齿轮机构
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交错轴齿轮传动
§10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
（一）失效形式： 轮齿折断 齿面损伤：齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形
Fra Baidu bibliotek1.轮齿折断 在闭式齿轮传动中，当齿轮的齿面较硬时，易出现轮齿折断。 多发生在根部
疲劳折断 过载折断 全齿折断 ：齿宽较小的直齿圆柱齿轮 局部折断： 齿宽较大的直齿圆柱齿轮、斜齿轮、人字齿
2.分类
（1）按工作条件分
开式传动 半开式传动 闭式传动
（2）按齿线形状分 直齿、斜齿、曲线齿(人字齿)
（3）按材料硬度分
硬齿面 软齿面
>350HB(或>38HRC) ≤350HB(或≤38HRC)
（4）按轴的布置方式
平行轴齿轮传动 相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动
（5）按齿廓曲线分 渐开线齿、摆线齿、圆弧齿
第十章 齿轮传动 第十一章 蜗杆传动
第十章 齿轮传动
§10-1 概述 §10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 §10-3 齿轮的材料及其选择原则 §10-4 齿轮传动的计算载荷 §10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 §10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 §10-9 变位齿轮传动强度计算概述 §10-10 齿轮的结构设计 §10-11 齿轮传动的润滑 §10-12 圆弧齿圆柱齿轮传动简介
收敛式点蚀 ：不再发展或反而消失的点蚀（只发生在软齿面上） 扩展式点蚀：随时间的延长而继续扩展的点蚀
防止或减轻点蚀的主要措施： 1）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值； 2）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。
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4.齿面胶合 高速重载→高温→齿面胶合 低速重载→不易形成油膜→冷焊粘着 防止或减轻齿面胶合的主要措施： 1）采用抗胶合能力强的润滑油； 2）在润滑油中加入极压添加剂等。
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5.塑性变形
在过大的应力作用下发生的塑性变形，一般发生在软齿面上。 齿面塑性变形：滚压塑变、锤击塑变 主动轮在节线附近形成：凹槽 从动轮在节线附近形成：凸脊 防止或减轻齿面塑性流动的主要措施： 1）提高齿面硬度； 2）采用粘度较大的或加有极压添加剂的润滑油。
1.整体淬火 2.表面淬火 3.渗碳淬火 4.渗氮 5.碳氮共渗
6.正火和调质
获得硬齿面 获得软齿面
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（二）齿轮材料的选用原则
1）齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、 经济性等；
2）应考虑齿轮尺寸的大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 3）正火碳钢只能用于载荷平稳或轻度冲击下；调质碳钢可用于中
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（二）设计准则 保证齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。 由实践得知： 闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。 闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 齿根弯曲疲劳强度主要由模数决定。 齿面接触疲劳强度主要由直径决定。
2）在开式齿轮传动中，以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则， 为延长开式（半开式）齿轮传动寿命，可适当加大模数。
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§10-3 齿轮的材料及其选择原则 （一）常用的齿轮材料
1．钢
(1)锻钢
1)软齿面(≤350HB) 如：45，40Cr正火或调质热处理 →切齿7级或8级 2)硬齿面(>350HB) 如：45，40Cr 淬火
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§10-1 概述
1.优缺点
优点： 1）传动效率高 可达η=99％。在常用的机械传动中，齿轮传动
的效率为最高； 2）结构紧凑 与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，
齿轮传动所需的空间一般较小； 3）工作可靠，寿命长 4）传动比稳定 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得
广泛应用的原因之一； 5）功率和速度适用范围很广等。 缺点： 1）制造、安装精度要求较高（专用机床和刀具加工）； 2）精度低时，噪音、振动较大； 3）不适于中心距a较大两轴间传动； 4）11制/10/2造020 、使用及维护的费用较高。
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提高轮齿的抗疲劳折断能力的措施： 1）增大齿根过渡曲线半径及消除加工刀痕； 2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀； 3）采用合适的热处理方法使齿芯具有足够的韧性； 4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。
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20Cr 20CrMnTi 渗碳淬火 先粗加工→齿面硬化处理→精加工（4级或5级）
(2)铸钢 如：ZG310~570（常化处理）应用于尺寸较大的齿轮。
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2．铸铁 如：HT200~HT350、QT500-5等
应用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。
3．非金属材料 如：夹布胶木、尼龙