第10章齿轮传动资料

按齿轮材料的性能及热处理工艺的不同：
轮齿有较脆或较韧 齿面有较硬或较软（硬齿面、软齿面, 350HBS或38HRC）
§10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
一、失效形式(轮齿) 1．轮齿折断（轮齿工作时受弯曲，相当于悬臂梁）
基本折断方式：过载折断 疲劳折断
单侧工作时，根部应力按脉动循环 双侧工作时，根部应力按对称循环 注意： 1）大多数齿轮是连续单侧工作的，故一般按脉动应力来 考虑，使<〔〕= 0lim/s 2）对称循环时， 0lim乘0.7系数。
二、设计准则
在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲 劳强度为主。但对于硬齿面、齿芯强度又低的 齿轮或材质较脆的齿轮要保证齿根弯曲疲劳强 度。
功率较大的传动，发热量大，易于导致润滑 不良及轮齿胶合损伤等，为了控制温升，还应 作散热能力计算。
开式(半开式)齿轮传动，按齿根弯曲疲劳强度 作为设计准则。（可不校核接触强度）
第十章 齿轮传动
§10-1 概 述 一、齿轮传动的主要特点
1)效率高 2)结构紧凑 3)工作可靠、寿命长 4)传动比稳定
但是齿轮传动的制造及安装精度要求 高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大 的场合。
二、分类 按工作条件分：
开式、半开式及闭式。
开式——适于低速及不重要的场合 半开式——农业机械、建筑机械及简单机械设备—只有简单防护罩 闭式——润滑、密封良好，—汽车、机床及航空发动机等的齿轮传动中
▪ 原因：齿面接触应力是脉动循环变化，接触应力超过 材料的接触持久极限，且载荷多次重复。
则：细微的疲劳裂纹扩大微粒剥落表面凹坑 ▪ 点蚀首先出现在节线附近靠近齿根表面处
齿面抗点蚀能力主要与润滑情况和齿面硬度有关：
速度高润滑好不易点蚀，靠近节线的齿跟面先发 生点蚀。
齿面硬度越高，抗点蚀能力越强（小齿轮应有较高的 硬度）;点蚀主要发生在HB<350软齿面闭式传动； ▪ 开式传动磨损较快，一般不发生点蚀；
2.磨损……采用闭式传动，良好润滑，提高 硬度。
3.点蚀……提高齿面硬度、表面质量，良好润滑，
正确选择粘度。
4.胶合……提高齿面硬度，良好润滑，采用抗胶
合能力强的润滑油(如硫化油)，在润滑油中加入 极压添加剂等。 5.塑性变形……提高齿面硬度，采用高粘度的或加 有极压添加剂的润滑油。
还有减小齿面粗糙度值，适当选配主、从动齿 轮的材料及硬度，进行适当的磨合(跑合)，以及选 用合适的润滑剂及润滑等方法可提高轮齿对上述失 效的抵抗能力。
2.动载系数Kv 齿轮传动不可避免地会有制造及装配的误
差，轮齿受载后还要产生弹性变形。
▪ 由于Pb1Pb2，使传动比i波动，引起动载荷与冲击。 ▪ 对于直齿轮传动，轮齿在啮合过程中，不论是由双
对齿啮合过渡到单对齿啮合，或是由单对齿啮合过 渡到双对齿啮合的期间，由于啮合齿对的刚度变化， 也要引起动载荷。
影响动载系数Kv主要是工作变形、制造 （装配）精度引起的。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 齿顶修缘：
3.齿间载荷分配系数K
▪ 齿间载荷分配不均
▪ 表10－3： KH , KF, Ft
4. 齿向载荷分配系数K
三、选择原则 1. 按工作要求
飞行器：合金钢； 矿山机械：铸钢、铸铁 家庭办公：塑料 2. 按尺寸大小 大尺寸：铸钢、铸铁 中等尺寸：锻钢 小尺寸：圆钢
§10-4 齿轮传动的计算载荷
一、齿面的平均载荷p 取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷
进行计算。沿齿面接触线单位长度上的平 均载荷p(单位为N／mm)
齿面磨损
齿面胶合
齿面塑性变形
主动齿轮
从动齿轮
防失效可采取下列措施：
1.折齿……提高齿面精度及正确设计
a)用增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小 齿根应力集中； b)增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀； c)采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性； d)采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。
4.齿面胶合 高速重载时齿面间的压力大，瞬时温度高，润
滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面 就会发生粘在一起的现象，由于此时两齿面又在 作相对滑动，相粘结的部位即被撕破，于是在齿 面上沿相对滑动的方向形成伤痕，称为胶合。
有些低速重载的重型齿轮传动，由于齿面间的 油膜遭到破坏，也会产生胶合失效。此时，齿面 的瞬时温度并无明显增高，故称之为冷胶合。
5．塑性变形 主要是由于在过大的应力作用下，轮齿材料
处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形 成的。塑性变形一般发生在硬度低的齿轮上；但 在重载作用下，硬度高的齿轮上也会出现。
滚压塑变与锤击塑变
除上述五种主要形式外，还可能出现过热、 侵蚀、电蚀和由于不同原因产生的多种腐蚀与裂 纹等。
轮齿折断
齿面疲劳点蚀
2.齿面磨损 在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同
会出现多种不同的磨损形式。 当啮合齿面间落人磨料性物质(如砂粒、铁
屑等)时，齿面即被逐渐磨损而致报废。这种磨 损称为磨粒磨损。它是开式齿轮传动的主要失 效形式之一。
齿面互相磨合而产生跑合性磨损（跑合， 不但无害而且必须）。
3．齿面点蚀
所谓点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力作用 下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。
§10-3 齿轮的材料及其选择原则
一、材料 基本要求为：齿面要硬，齿芯要韧。 优质碳素钢、合金结构钢、铸钢、铸铁及某些非金属材料
(常见材料及其力学特性见表10-1)
二、大小齿轮应有一定的硬度差 30～50HBS 原因： 较硬的小齿轮对较软的大齿轮起显著的冷作硬化效 应，可提高大齿轮的接触疲劳强度 。（在强化阶段卸载， 图形按卸载定律返回，试样留有残余应变，若再加载， 此时材料比例极限提高，塑性降低，这种现象叫做冷作 硬化。） 小齿轮齿根较薄，应力循环次数多。
p Fn L
式中：Fn—作用于齿面接触线上的法向载荷，单 位为N。法向载荷Fn为公称载荷
L—沿齿面的接触线长，单位为mm
二、计算载荷pca
pca
Kp
KFn L
式中：K为载荷系数；
K K AKv K K
1．使用系数KA 使用系数KA是考虑齿轮啮合时外部因素引起的
附加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动机 和从动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运行 状态等。(表10-2)