齿轮传动效率及齿轮疲劳实验修订版
齿轮传动效率及齿轮疲劳实验
齿轮传动效率及齿轮疲劳实验（附加机械功率、效率测试实验）一．实验目的1．了解封闭（闭式）齿轮实验机的结构特点和工作原理。
2．了解齿轮疲劳实验的过程，及通过实验测定齿轮疲劳曲线的方法。
3．在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。
4．介绍机械功率、效率测定开式实验台，了解一般机械功率、效率的测试方法。
二．实验设备及工作原理用于定子的电磁力矩相平衡，故转矩传感器测得的力矩即为电动机的输出转矩T 0；电动机转速为n ，电动机输出功率为 Ｐ０＝n ·T 0 / 9550 （ＫＷ）。
3． 封闭系统的加载当实验台空载时，悬挂齿轮箱的杠杆通常处于水平位置，当加上载荷W 后，对悬挂齿轮箱作用一外加力矩WL ，使悬挂齿轮箱产生一定角度的翻转，使两个齿轮箱内的两对齿轮的啮合齿面靠紧，这时在弹性扭力轴内存在一扭矩T 9（方向与外加负载力矩WL 相反），在万向节轴内同样存在一扭矩T 9'（方向同样与外加力矩WL 相反）；若断开扭力轴和万向节轴，取悬挂齿轮箱为隔离体，可以看出两根轴内的扭矩之和（T 9+T 9'）与外加负载力矩WL 平衡（即T 9+T 9'=WL ）；又因两轴内的两个扭矩（T 9和T 9'）为同一个封闭环形传动链内的扭矩，故这两个扭矩相等（T 9=T 9'），即2T 9=WL ， T 9=WL/2（Nm ）；由此可以算出该封闭系统内传递的功率为：P 9=T 9 n / 9550=WLn /19100 (KW)其中：n--电动机及封闭系统的转速（rpm ）；W--所加砝码的重力（N ）；L--加载杠杆（力臂）的长度，L= 0.3 m 。
4． 单对齿轮传动效率设封闭齿轮传动系统的总传动效率为η；封闭齿轮传动系统内传递的有用功率为P 9；封闭齿轮传动系统内的功率损耗（无用功率）等于电动机输出功率P 0，即：P 0=（P 9 /η）-P 9η=P 9 /（P 0+P 9）=T 9 /（T 0+T 9 ）若忽略轴承的效率，系统总效率η包含两级齿轮的传动效率，故单级齿轮的传动效率为：9091T T T +==ηη 5． 封闭功率流方向封闭系统内功率流的方向取决于由外加力矩决定的齿轮啮合齿面间作用力的方向和由电动机转向决定的各齿轮的转向；当一个齿轮所受到的齿面作用力与其转向相反时，该齿轮为主动齿轮，而当齿轮所受到的齿面作用力与其转向相同时，则该齿轮为从动齿轮；功率流的方向从主动齿轮流向从动齿轮，并封闭成环。
齿轮检验标准
齿轮检验标准(总6页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March2018检验标准（齿轮）[文档副标题]中国制造进料检验标准（齿轮）齿轮箱产品检验指导书1 2适用范围适用于齿轮产品检验。
齿轮箱产品检验按照单机检验规范和要求检验，检验项目和内容如下：外观及附带资料检验铸件不允许有明显的披缝、凹陷、飞边、胀箱等缺陷；焊缝符合图纸要求，表面光滑平整，无裂纹、焊瘤、焊渣、飞溅；经过喷砂（丸）处理，表面质量等级应达到 Sa2级，经过手工或机械打磨，表面质量应达到 St2级；外露结合面边缘整齐、均匀，不应有明显的错位；表面漆膜厚度，遵从技术文件要求，油漆无流挂、漏涂、污物、剥落现象；装入沉孔的螺钉不应高于零件表面，其头部与沉孔之间不得有明显偏心；固定销、螺栓尾端应略高于零件表面；外露轴端略高于包容件的端面，内孔表面与壳体凸缘间的壁厚应均匀对称；外露件表面不应有磕碰、锈蚀、锐角、飞边、毛刺、残漆、油污、型砂，外露的螺钉、螺母、定位销等紧固件应完整，不得有扭伤锤伤划痕，安装牢固，不应有松动现象；电机等配套件型号、规格与要求一致，外观无损伤、碰伤、掉漆；外型尺寸及安装孔位符合图纸要求；附带资料齐全（关键件及部件出厂检验记录、热处理或振动时效报告、特殊材质证明、技术图纸、配套的未装零件和外购件明细）。
空运转试验试验前，检查油位，加注润滑油。
试验在无负荷状态下进行，试验条件与齿轮箱产品工况一致，试验不少于 4小时，正反各 2小时。
用以检验齿轮箱的运转状态、温度变化、功率消耗，以及运转动作的灵活性、平稳性、可靠性、安全性。
检验项目和内容如下：轴承温度检测：运转开始和结束时，用红外测温仪在轴承端盖处检测轴承温度。
轴承温度及温升，应符合技术协议及相关技术文件要求，如无明确规定，可参考以下指标：室温下，滚动轴承温度不高于 80℃，温升不超过 40℃。
齿轮接触疲劳极限表
齿轮接触疲劳极限表1. 引言齿轮是机械传动中常用的元件，广泛应用于各种机械设备中。
在长时间的使用过程中，由于受到载荷和速度等因素的影响，齿轮可能会发生疲劳破坏。
为了确保齿轮的可靠性和寿命，需要对其进行疲劳极限测试和分析。
本文将介绍齿轮接触疲劳极限表的相关内容，包括定义、测试方法、影响因素以及应用等方面。
2. 定义齿轮接触疲劳极限表是一种用于描述齿轮在特定工况下能够承受的最大载荷和寿命的表格。
它基于实验数据和统计分析，可以帮助设计师选择合适的材料、几何参数和工艺要求，以提高齿轮的使用寿命。
3. 测试方法3.1 实验设备进行齿轮接触疲劳极限测试需要一台专门的实验设备，该设备通常包括以下主要部件：•驱动装置：用于提供齿轮的转动力和转速。
•测试台架：用于支撑和固定齿轮及其相关部件。
•载荷装置：用于施加载荷到齿轮上，可以通过液压、气压或机械方式实现。
•测试传感器：用于测量齿轮的载荷、转速、温度等参数。
•数据采集系统：用于记录和分析测试数据。
3.2 测试步骤进行齿轮接触疲劳极限测试的一般步骤如下：1.准备测试样品：选择合适的齿轮样品，并根据设计要求进行加工和热处理等工艺处理。
2.安装样品：将齿轮样品安装到测试台架上，并确保其正确对中和固定。
3.设置测试参数：根据设计要求设置驱动装置、载荷装置和其他相关参数，如转速、载荷大小等。
4.运行测试：启动实验设备，以预定的工况条件下运行一段时间，记录相关数据。
5.结果分析：根据记录的数据，进行统计分析和曲线拟合，得出疲劳寿命曲线和极限载荷值。
4. 影响因素齿轮接触疲劳极限受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：4.1 材料性能齿轮材料的硬度、强度、韧性等性能指标会直接影响其疲劳寿命。
通常情况下，选择高强度、高硬度和高韧性的材料可以提高齿轮的疲劳极限。
4.2 几何参数齿轮的模数、压力角、齿数等几何参数也会对其疲劳寿命产生影响。
一般来说，较大的模数和压力角以及适当的齿数可以提高齿轮的承载能力和使用寿命。
第十一章 齿轮传动
强度计算方法
当量齿轮法，强度当量。 接触强度计算公式
校核公式
H
ZEZH Z
KT 1 u 1 bd 1
2
u
H
H lim
N / mm
2
设计公式
d1 2 KT
3 1
SH
2
d
u 1 ZEZ u
H
Z
H
mm
Z
cos 螺旋角系数
H
[
H
]
σH ——齿面啮合点最大接触应力 [σH]——齿轮材料的许用接触应力
圆柱面的最大接触应力σH的计算
赫兹公式：
H
4
Fn 2 ab
Fn
1
1
1 1 E1
2
1
2
1 21 E2
2
b
σH ——最大接触应力
与法向力Fn成正比； 与接触变形宽度2a成反比 与曲率半径ρ1 、ρ2成反比。 与宽度b成反比。
增加中心距a； 减小外载荷T1； 选σHlim高的材料和热处理。
336 ( u 1) u
3
提高许用接触应力[σH] ：
KT 1 ba
2
H
H
H lim
SH
11-6 直齿圆柱齿轮传动的轮 齿弯曲强度计算
轮齿相当于一个悬臂 梁，受载后会发生弯 曲。 两个问题：
计算时载荷的作用点 及大小 危险截面的位置
齿轮传动效率测定
验证性实验指导书实验名称：齿轮传动效率测定实验简介：齿轮是重要的机械传动零件，所以对齿轮传动的理论和实验研究都是很必要的。
齿轮传动往往要进行轮齿静强度、齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度、齿面磨损、齿面胶合和影响齿轮传动性能的因素（如材料、制造工艺、热处理工艺、润滑、轮齿载荷分布等）的试验，以及对齿轮传动性能（如传动效率、动载荷、噪声、工作温度等）的测定。
为此，人们采用了许多试验方法和试验设备。
本实验是针对齿轮传动的效率进行验证性测定。
适用课程：机械设计实验目的：A了解电功率封闭式齿轮传动试验台的基本原理、结构及特点；B掌握功率流分析、效率测定的方法；C测量单级圆柱齿轮减速器的传动效率，画出它的效率曲线；D初步了解拟定实验方案、设计实验装置和数据测量等方面的知识。
面向专业：机械类实验项目性质：验证性（课内选做）计划学时： 2学时实验分组：4人/组实验照片：《机械设计》课程实验实验二齿轮传动效率测定齿轮是重要的机械传动零件，所以对齿轮传动的理论和实验研究都是很必要的。
齿轮传动往往要进行轮齿静强度、齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度、齿面磨损、齿面胶合和影响齿轮传动性能的因素（如材料、制造工艺、热处理工艺、润滑、轮齿载荷分布等）的试验，以及对齿轮传动性能（如传动效率、动载荷、噪声、工作温度等）的测定。
为此，人们采用了许多试验方法和试验设备。
本实验是针对齿轮传动的效率进行验证性测定。
一、实验目的1. 了解电功率封闭式齿轮传动试验台的基本原理、结构及特点；2.掌握功率流分析、效率测定的方法；3.测量单级圆柱齿轮减速器的传动效率，画出它的效率曲线；4.初步了解拟定实验方案、设计实验装置和数据测量等方面的知识。
二、实验设备和工具1. Z-45直流电动机2台；2. ZJ型转矩转速传感器2台；3. ZD10型减速器2台；4. JXW-1型机械效率仪1台；5. TSGC-20调压器1台；6. 加载控制箱1台；7. CP-80打印机1台。
2024版《机械设计基础》第六章齿轮传动
安全系数
在强度计算中引入安全系数，以保证齿轮 在极端工况下仍能安全可靠地工作。
齿轮疲劳寿命预测方法
疲劳寿命概念
齿轮在循环载荷作用下，经过一定次 数的应力循环后发生疲劳破坏的寿命。
影响因素
齿轮的疲劳寿命受多种因素影响，如 材料性能、制造工艺、润滑条件和使 用环境等。
预测方法
基于疲劳累积损伤理论，结合齿轮的 受力分析和材料特性，采用试验或数 值模拟等方法预测齿轮的疲劳寿命。
确定合理的齿轮参数
包括模数、齿数、压力角、螺旋角等， 以满足传动比、承载能力和传动平稳 性等要求。
保证齿轮的精度和强度
通过合理的制造工艺和材料选择，确 保齿轮具有足够的精度和强度，以承 受传动过程中的载荷和冲击。
考虑润滑和冷却
为齿轮传动装置提供适当的润滑和冷 却，以减少磨损、降低温度和防止腐 蚀。
典型齿轮传动装置实例分析
齿轮热处理工艺选择及优化
退火
消除齿轮内部应力，降低硬度，便 于加工。
正火
提高齿轮硬度和强度，改善切削性 能。
淬火
使齿轮获得高硬度和高耐磨性，提 高齿轮使用寿命。
回火
消除淬火产生的内应力，稳定齿轮 尺寸，提高韧性。
齿轮制造工艺流程简介
01
02
齿轮毛坯加工
包括锻造、铸造、焊接等工艺， 获得齿轮的基本形状。
齿轮传动具有传动比准确、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等 优点。同时，齿轮传动也具有制造和安装精度要求高、成本较高等缺 点。
齿轮传动分类及应用
分类
根据齿轮的轴线相对位置，齿轮传动可分为平行轴齿轮传动、 相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动。根据齿轮的齿形，齿轮传 动又可分为直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿等。
机械设计实验齿轮传动效率及齿轮疲劳实验
机械设计实验—齿轮传动效率及齿轮疲劳实验
二．实验设备及工作原理
2．电动机的输出功率
1） 电动机1为直流调速电机，电动机转子与定轴齿轮箱输 入轴相联，电动机采用外壳悬挂支承结构（既电机外壳可绕支 承轴线转动）；
机械设计实验—齿轮传动效率及齿轮疲劳实验
二．实验设备及工作原理
2．电动机的输出功率
2）电动机的输出转矩等于电动机转子与定子之间相互作用 的电磁力矩，与电动机外壳（定子）相联的转矩传感器2提供 的外力矩与作用于定子的电磁力矩相平衡，故转矩传感器测得 的力矩即为电动机的输出转矩T0；电动机转速为n，电动机输 出功率为 Ｐ０＝n•T0 / 9550 （ＫＷ）。
方法。 3、在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。 4、介绍机械功率、效率测定开式实验台，了解一般机械功率、
效率的测试方法。
机械设计实验—齿轮传动效率及齿轮疲劳实验
二．实验设备及工作原理
1、 封闭（闭式）传动系统
1）具有2个完全相同的齿轮箱（悬挂齿轮箱7和定轴齿轮箱 4）， 每个齿轮箱内都有2个相同的齿轮相互啮合传动(齿轮9与 9′，齿轮5与5’)，两个实验齿轮箱之间由两根轴（一根是用于 储能的弹性扭力轴6，另一根为万向节轴10）相联，组成一个 封闭的齿轮传动系统。
由此计算出封闭系统内传递的功率
机械设计实验—齿轮传动效率及齿轮疲劳实验
二．实验设备及工作原理
4．单对效率为η；
封闭齿轮传动系统内传递的有用功率为P9； 封闭齿轮传动系统内的功率损耗（无用功率）等于电动机输出功率P0， 即：P0=（P9 /η）-P9 η=P9 /（P0+P9）=T9 /（T0+T9 ） 若忽略轴承的效率，系统总效率η包含两级齿轮的传动效率，故单级齿轮
解决设计齿轮传动时齿面接触疲劳强度不够的问题
理论研究
深入研究齿面接触疲劳的机理，建立更为精确的理论模型，为设 计提供更为准确的指导。
新材料与新工艺
探索和开发具有更高强度、耐磨性和耐热性的新材料和加工工艺。
智能化设计
利用人工智能和数值模拟技术，实现齿轮传动的智能化设计和优化。
对实际应用的建议
优化设计
01
在设计阶段充分考虑齿面接触疲劳强度，通过优化几何参数和
03
解决策略与方案
材料选择与处理
选用高强度材料
选择具有高强度和耐磨性的材料， 如合金钢、不锈钢等，以提高齿 面的抗疲劳性能。
材料热处理
通过适当的热处理工艺，如淬火、 回火等，改善材料的硬度和韧性， 增强齿面的耐磨性和抗疲劳性能。
表面强化处理
采用喷丸、碾压、渗碳淬火等表面 强化处理技术，提高齿面的硬度和 抗疲劳性能。
解决设计齿轮传动时齿面 接触疲劳强度不够的问
• 问题概述 • 问题原因分析 • 解决策略与方案 • 案例分析 • 结论与建议
01
问题概述
齿面接触疲劳强度的定义
01
齿面接触疲劳强度是指齿轮在接 触应力作用下抵抗疲劳破坏的能 力。
02
齿面接触疲劳强度取决于齿轮材 料的机械性能、热处理方式、表 面处理、齿轮参数以及工作条件 等因素。
优化设计
改进齿形设计
优化齿形参数，减小应力 集中，改善齿面接触状况， 降低接触疲劳应力。
增加润滑设计
合理设计润滑系统，确保 齿轮在传动过程中得到充 分润滑，减少摩擦和磨损。
优化装配设计
确保齿轮装配精度，减小 装配误差，提高齿轮传动 的平稳性和可靠性。
制造工艺改进
精密加工
质量检测与控制
采用先进的加工设备和工艺，提高齿 轮的加工精度和表面光洁度，减小齿 轮的制造误差。
齿轮疲劳寿命与传动性能测试技术与装备
2.传递误差/综合质量试验台
（3）主减综合质量试验台
接触斑点，识别分析 振动、噪声，频谱分析 传递误差、综合分析 加载试验
进口：加载，自动检测 综合分析
国产：空载，看斑点、听噪声
3.变速器换挡性能试验台
AMT自动变速器换挡性能试验台
反向驱动 整车惯量 TCU模拟 快速上下料 自动测试
23
4. 倾斜润滑试验台
变速器倾斜润滑试验台
两轴倾斜 正/反驱动 各轴承润滑 空载功率
24
七、总 结
齿轮及齿轮传动系统测试关键：
测试技术 测试装备 测试人才
机械科学研究总院
中机生产力促进中心 制造工程研究所
贴近de技术服务 高端de试验装备 深入de合作研究
地址：北京市 海淀区 首体南路2号，100044 电话：010-88301762/1718/1732 传真：010-68321835
试验要求：载荷大小精确、加载点准确、齿长载 荷分布均匀，装卡方便可靠。
加载工装：技巧，特别是斜齿轮试验。
试验机为通用高频试验机
三、齿轮试验装备
国产高频试验机
德国高频试验机
6
三、齿轮疲劳寿命测试装备
工装夹具是关 键，需要在专 业公司定制 工装要求
1.齿轮装夹方便可靠 2.齿宽方向载荷均布 3.齿顶加载点准确
四、齿轮传动性能测试技术
齿轮传动性能测试包括： 1. 齿轮接触斑点测试 2. 齿轮传递误差测试
12
四、齿轮传动性能测试技术
1. 接触斑点、传递误差、振动噪音的关系
四、齿轮传动性能测试技术
2、传递误差是齿轮啸叫的激励源
扭转振动：φ(t)= φ{ [i (t)-i 0] φ 1(t)}（动态） (1)稳态情况下， φ(t)反映传递误差TE =φ(t) ； (2) 动态情况下，齿轮受迫振动， φ(t)反映
齿轮传动疲劳点蚀失效的试验研究
没有 呈现 出增 大 的趋势 ，即齿 轮故 障模 型 不是 一个非 时 齐 的泊松 过程 ，通过 验证 ，该 过 程 为时 齐泊松 过 程 。 关键 词 ：齿轮 传动 ；疲 劳 点蚀 ；可 靠度 ；更 新 过程 ；时齐泊 松过 程
ｔ ｅ ｔ ｎ ｅ ｃ ｆｆ ｔ ｕ ｉ ｉ ｇ ｏ ｅ ｒｌｆ ｐ ｎ ｗｅ ｅ ｓｕ ｉ ｄ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｔ ａ ａ ｉ ｅ ｌ ｅ ｏ ｅ ｍ ｔ ｈ ｏ — ｏ ｍａ ｈ ｅ ｄ ｎ ｙ ｏ ａ ｉ ｅ ｐ ｔ ｎ ｆｇ ａ ｉｅ ｓ ａ ｒ ｔ ｄ ｅ ． ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｈ ｔｆ ｔ ｇ ｔ ｓ ｕ ｇ ｉ ｆｇ ａ ｆ ｓ ｔ ｅ ｌｇ ｎ ｒ ｌ ｆ ｉ
齿 轮 传 动 疲 劳 点 蚀 失 效 的试 验 研 究
张 云凤 赵 民 刘伟 东
辽 宁 沈 阳 １０６ ） １１８
（ 阳建 筑 大 学交 通 与 机 械工 程 学 院 沈
摘要 ：应 用齿 轮试 验机 进行 齿 轮传 动疲 劳点 蚀试 验 ，研 究 齿 轮疲 劳寿 命 的 分 布 类 型 ，确 定 分 布参 数 ，并 计 算 可靠 度 及可靠 寿命 ；建立 齿轮 传 动系统 中疲 劳 点蚀 故 障的 随机 过程 模型 ，研 究 齿轮 疲劳 点蚀 故 障 的分布 特征 、趋 势特 征 。结
ｃ ｉｅ Ｔｈ ｉｔ ｂ ｔｏ ｙ ｅ ａ ｄ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ａ ａ ｔｒ ｆｆｔｇ ｅ ｌ ｅ ｏ ｅ ｒ ｒ ｔ ｄｅ Ｔ ｅ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｔｅ ｌ ｅ ｈ ｎ ． ｅｄ ｓｒ ｕ ｉｎ ｔｐ ｎ ｉｔｉｕ ｉｎ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ａｉ ｉ ｆｇ ａｓ ｗｅｅ ｓｕ ｉｄ． ｈ ｅｉ ｉ ｔ ｎ ｈ ｉ ｉ ｕ ｆ ａ ｉ ｆ ｗｅｅ ｃ ｌｕａｅ Ｆ ｉ ｒ ａ ｄ ｍ ｒｃ ｓ ｉｇ ｍｏ ａ ｆｆｔ ｅ ｐｔｉｇ ｇ ａ ｙ ｔｍ ｓ ｂ ｉｔ ｔｅ ｄ ｓｒｂ ｔ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ， ｒ ａｃ ｌｔｄ． ａｌ ｅ ｒｎ ｏ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｄ ｌｏ ａｉ ｉ ｎ ｅ ｒｓｓｅ ｗａ ｕｌ，ｈ ｉｔ ｕｉ ｈ ｃｅ ｔ ｕ ｕ ｇ ｔ ｉ ｏ ｒ ｉ ｃ
DL／T875-2004输电线路施工机具设计、试验基本要求
DL／T875-2004输电线路施⼯机具设计、试验基本要求ICS27.F22备案号:10013625-2004OL中华⼈民共和国电⼒⾏业标准DL/T875⼀2004代替SD165⼀1987输电线路施⼯机具设计、试验基本要求Basicrequirementsfordesignandtestofconstructionmachines andtoolsofoverheadtransmissionline2004-03-09发布2004-06-01实施中华⼈民共和国国家发展和改⾰委员会发布DL/T875⼀2004⽬次前⾔···············“··…”····-····...“···”·········”····”·”···“·········“··，·“!··“·····.··”······”·…n1范围.，妞。
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机械传动系统中齿轮齿面接触疲劳损伤评估研究
机械传动系统中齿轮齿面接触疲劳损伤评估研究齿轮是机械传动系统中常用的元件之一，其作用是传递动力和扭矩。
然而，在长期的运转中，齿轮与齿轮之间的接触运动会导致齿面的疲劳损伤，从而影响机械的传动性能和寿命。
因此，对齿轮齿面接触疲劳损伤进行评估研究具有重要意义。
一、齿轮齿面接触疲劳损伤的机理齿轮在工作中承受着周期性的载荷作用，使得齿轮齿面发生塑性变形和微裂纹的形成。
当载荷作用周期性变化时，塑性变形和微裂纹在齿轮齿面上逐渐扩展，最终导致齿轮的疲劳破坏。
接触疲劳损伤是由很多复杂的因素共同作用而引起的，包括载荷、材料性能、润滑条件等。
二、齿轮齿面接触疲劳损伤的评估方法为了评估齿轮齿面接触疲劳损伤，需要考虑多个因素。
其中一个重要的因素是载荷。
齿轮的载荷可以通过数学方法或实验测试来确定。
数学方法可以利用齿轮传动动力学模型计算得出，实验测试则可以通过测力传感器等设备进行。
另一个重要的因素是齿轮材料的性能。
齿轮材料的性能对齿轮的疲劳寿命有着重要的影响。
常用的齿轮材料包括钢、铸铁和涂层材料等。
不同材料的疲劳寿命是不同的，因此在评估齿轮齿面接触疲劳损伤时需要考虑材料的性能。
润滑条件也是评估齿轮齿面接触疲劳损伤的重要因素之一。
润滑条件包括润滑油的粘度、添加剂的种类和含量等。
适当的润滑条件可以降低齿轮的摩擦和磨损，延长齿轮的寿命。
三、齿轮齿面接触疲劳损伤的改善方法为了改善齿轮齿面的接触疲劳损伤，可以采取以下方法：1. 优化齿轮设计：通过合理设计齿轮的几何参数和模数，可以减轻齿轮的载荷和摩擦。
同时，增大齿轮的硬度和强度，提高齿轮的疲劳寿命。
2. 选择合适的材料：选择具有高强度和耐磨性的材料可以减小齿轮的疲劳损伤。
此外，还可以利用表面处理技术，如渗碳、氮化等，提高齿轮表面的硬度和抗疲劳性能。
3. 改善润滑条件：选择合适的润滑油和添加剂，可以降低齿轮的摩擦和磨损。
此外，还可以采用润滑封闭系统，提高齿轮的润滑效果。
四、齿轮齿面接触疲劳损伤评估的应用齿轮齿面接触疲劳损伤评估在机械工程领域有着广泛的应用。
齿轮接触疲劳强度试验方法
齿轮接触疲劳强度试验方法〔GB/T14229-93〕1主题内容与适用X围本标准规定了测定渐开线圆柱齿轮接触疲劳强度的试验方法，以确定齿轮接触承载能力所需的根底数据。
本标准适用于钢、铸铁制造的渐开线圆柱齿轮由齿面点蚀损伤而失效的试验。
其它金属齿轮的接触疲劳强度试验可参照使用。
4试验方法确定齿轮接触疲劳强度应在齿轮试验机上进展试验齿轮的负荷运转试验。
当齿面出现接触疲劳失效或齿面应力循环次数达到规定的循环基数N。
而未失效时〔以下简称“越出〞〕，试验终止并获得齿面在试验应力下的一个寿命数据。
当试验齿轮与试验过程均无异常时，通常将该数据称为“试验点〞。
根据不同的试验目的，选择小列不同的试验点的组合，经试验数据的统计处理，确定试验齿轮的接触疲劳特性曲线与接触疲劳极限应力。
常规成组法用于测定试验齿轮的可靠度-应力-寿命曲线〔即R-S-N曲线〕，求出试验齿轮的接触疲劳极限应力。
试验时取4～5个应力级，每个应力级不少于5个试验点〔不包括越出点〕。
最高应力有中的各试验点的齿面应力循环次数不少于1×106。
最高应力级与次高应力级的应力间隔为总试验应力X围的40%～50%，随着应力的降低，应力间隔逐渐减少。
最低应力级至少有一个试验点越出。
少试验点组合法通常用于测定S-N曲线或仅测定极限应力。
试验时试验点总数为7～16个。
测定S-N曲线时，应力级为4～10个，每个应力级取1～4个试验点。
测定极限应力时可采用升降法。
采用正交法进展比照试验时，每个比照因素至少有3个试验点。
5试验条件与试验齿轮5.1齿轮接触疲劳强度试验按下述规定的试验条件和试验齿轮进展〔比照试验的研究对象除外〕，上此可确定试验齿轮的接触疲劳极限应力σHlim。
试验应使用功率流封闭式结构的齿轮试验机，试验机的性能校核见表A〔补充件〕。
试验机的中心距一般为90～150mm，试验齿轮线速度为8～16m/s。
试验机的精度应不低于试验齿轮所要求的精度，试验机应具有以下根本功能：a.齿轮断齿时自动停机；b.有保证齿轮良好润滑的循环喷油润滑系统；c.有润滑油油墨度控制装置，回油温度控制在60℃以下；d.有循环次数记录装置，其记录误差不大于±0.1%。
高等教育出版社第11章机械设计基础第五版 齿轮传动
材料及热处理；增大模数；增大齿根圆角半径； 消除刀痕；喷丸、滚压处理；增大轴及支承刚度。
二、齿面点蚀：
在润滑良好的闭式齿轮传动中，由于齿面材料在 交变接触应力（脉动循环）作用下，因为接触疲劳产 生金属微粒剥落形成凹坑的破坏形式称为点蚀。
则可得到：
2T1 圆周力： Ft d1
经向力：Fr
N N N
Ft tan
Ft 法向力： Fn cos
小齿轮上的转矩：
P T1 9550 ( N m) n1
圆周力Ft的方向在主动轮上与运动方向相反， 在从动轮上与运动方向相同。经向力Fr的方向都是 由作用点指向各自的轮心，与齿轮回转方向无关。
把
b d d1
代入上式得
m3
2 KT1 YFa
FE
SF
试验轮齿失效概率为1/100时的 齿根弯曲疲劳极限，见表11-1。 若轮齿两面工作时，应将数值乘 以0.7倍。 安全系数，见表11-5
在进行弯曲强度验算时，应对大小齿轮分别 进行验算；而在计算m时，应以
§11-5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算
直齿圆柱齿轮的强度计算方法是其它各类齿轮
传动计算方法的基础，斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿
轮等强度计算，可以折合成当量直齿圆柱齿轮来进
行计算。
强度计算的目的在于保证齿轮传动在工作载荷
的作用下，在预定的工作条件下不发生各种失效。
齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式 来进行的。
三、齿面胶合
高速重载的齿轮传动，齿面间的压力大，瞬时 温度高，油变稀而降低了润滑效果，导致摩擦增大， 发热增多，将会使某些齿面上接触的点熔合焊在一 起，在两齿面间相对滑动时，焊在一起的地方又被 撕开。于是，在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕， 这种现象称作胶合。
齿轮接触疲劳试验机齿轮组传动效率的测算方法
Ｅｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ Ｄｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｇｅ ａ ｒ Ｃｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ａ Ｇｅ ａ ｒ Ｃｏ ｎｔ ａ ｃ ｔ Ｆａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｒｉ ｇ
Ｌｕ ｏ Ｓｈ ｅ ｎｇ ｙａ ｎｇ，Ｌｏ ｎｇ Ｚｈｅ ｎｈａ ｉ
Ｖｏ １ ． ５ ３ ＮＯ ． １
工 程 与试 验 Ｅ ＮＧＩ ＮＥ Ｅ ＲＩ Ｎ Ｇ ＆ Ｔ 测 算 方 法
罗声杨 ， 龙 震 海
（ 北 京理 工大 学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
摘 要 ： 本 文 提 供 了一 种 精 确 测 算 机 械 封 闭 功率 流式 （ 背靠背） 齿 轮 疲 劳 试 验 机 中齿 轮 组 传 动 效 率 的方 法 。 此 方 法 只需 要 测 量 出 驱 动 电 机 扭 矩 、 一 根 传 动 轴 上 的扭 矩 、 一 个 齿 轮 箱 达 到 热 稳 定 时 的 温 度 与 环 境 的 温 度 差 ３个 测 量 值 ，
扮 演着 重要 的角 色 。
的设 计 中 ， 有关 接 触疲 劳校 核 的部 分 ， 都是 直 接套用 国标 中 的数 据 ， 国标也是等 同采用 Ｉ Ｓ Ｏ 标 准 的数 据， 而Ｉ Ｓ ０ 数据 中 的试 验齿 轮 与 我 国 的齿 轮 材 料性
能、 加 工 工艺 都 大 不 相 同 。因此 ， 为 了优 化 齿 轮 设 计， 需要 得到 我 国齿轮 的接 触疲 劳试 验数 据 。 如今 ， 应 用最 为 广 泛 的齿 轮 接 触疲 劳 试 验 机 是 背靠 背式 齿轮 接 触 疲 劳试 验 机 。 目前 ， 国 内还 没 有 厂 家生 产这 种试 验 机 ， 一 般 都 是 从 国 外进 口。为 了
齿轮传动效率测定跟分析解析
实验2 齿轮传动效率测定与分析2.1 实验目的1. 了解机械传动效率的测定原理，掌握用扭矩仪测定传动效率的方法；2. 测定齿轮传动的传递功率和传动效率；3. 了解封闭加载原理。
2.2 实验设备和工具1. 齿轮传动效率试验台；2. 测力计；3. 数据处理与分析软件；4. 计算机、打印机。
2.3 实验原理和方法1. 齿轮传动的效率及其测定方法齿轮传动的功率损失主要在于：(1)啮合面的摩擦损失；(2)轮齿搅动润滑油时的油阻损失；(3)轮轴支承在轴承中和轴承内的摩擦损失。
齿轮传动的效率即指一对齿轮的从动轮（轴）输出功率与主动轮（轴）输入功率之比。
对于采用滚动轴承支承的齿轮传动，满负荷时计入上述损失后，平均效率如表3.1所示。
测定效率的方式主要有两种：开放功率流式与封闭功率流式。
前者借助一个加载装置（机械制动器、电磁测功器或磁粉制动器）来消耗齿轮传动所传递的能量。
其优点是与实际工作情况一致，简单易行，实验装置安装方便；缺点是动力消耗大，对于需作较长时间试验的场合（如疲劳试验），消耗能力尤其严重。
而后者采用输出功率反馈给输入的方式，电源只供给齿轮传动中摩擦阻力所消耗的功率，可以大大减小功耗，因此这种实验方案采用较多。
2. 封闭式试验台加载原理图3.1表示一个加载系统，电机功率通过联轴器1传到齿轮2，带动齿轮3及同一轴上的齿轮6，齿轮6再带动齿轮5。
齿轮5的轴与齿轮2的轴之间以一只特殊联轴器和加载器相联接。
设齿轮齿数6532,z z z z ==，齿轮5的转速为5n (r/min)、扭矩为)m N (5⋅M ，则齿轮5处的功率为)kW ( 9550555n M N =若齿轮2、5的轴不作封闭联接，则电机的功率为)kW ( 9550/5551ηη⨯==n M N N式中η为传动系统的效率。
而当封闭加载时，在5M 不变的情况下，齿轮2、3、6、5形成的封闭系统的内力产生封闭力矩4M )m N (⋅，其封闭功率为)kW ( 9550444n M N =该功率不需全部由电机提供，此时电机提供的功率仅为)kW ( /441N N N -='η 由此可见，11N N <<'，若%95≈η，则封闭式加载的功率消耗仅为开放式加载功率的1/20。
带传动及齿轮传动效率实验
实验三带传动及齿轮传动效率实验一、实验目的1、观察带传动弹性滑动与打滑现象；2、了解带的初拉力、带速等参数的改变对带传动能力的影响；3、掌握摆动式电机的转矩、扭矩、转速差及带传动效率的基本测量方法。
4、了解封闭功率流式齿轮试验台的基本原理、特点及测定齿轮传动效率的方法。
5、通过改变载荷，测出不同载荷下的传动效率和功率。
二、实验内容1、测定不同初拉力下实验带的弹性滑动曲线（ε-F曲线）和效率曲线（η-F曲线）。
2、测定齿轮传动效率，输出T1-T9关系曲线及η-T9曲线。
其中：T1为轮系输入扭矩（即电机输出扭矩）；T9为封闭扭矩（即载荷扭矩）；η为齿轮传动效率。
三、实验仪器DCSⅡ型带传动测试系统CLS－II型齿轮传动效率测试系统四、实验原理1、带传动测试系统原理（1）调速和加载主动电机的直流电源由可控硅整流装置供给，转动电位器可改变可控硅控制角，提供给主动电机电枢不同的端电压，以实现无级调节电机转速。
本实验台中设计了粗调和细调两个电位器。
可精确的调节主动电机的转速值。
加载是通过改变发电机激磁电压实现的。
逐个按动实验台操作面上的“加载”按扭（即逐个并上发电机负载电阻），使发电机激磁电压加大，电枢电流增大，随之电磁转矩增大。
由于电动机与发电机产生相反的电磁转矩，发电机的电磁转矩对电动机而言，即为负载转矩。
所以改变发电机的激磁电压，也就实现了负载的改变。
本实验台由两台直流电机组成，左边一台是直流电动机，产生主动转矩，通过皮带，带动右边的直流发电机。
直流发电机的输出电压通过面板的“加载”按键控制电子开关，逐级接通并联的负载电阻（采用电烙铁的内芯电阻），使发电机的输出功率逐级增加，也即改变了皮带传送的功率大小，使主动直流电动机的负载功率逐级增加。
图1直流发电机加载示意图（2）转速测量两台电机的转速，分别由安装在实验台两电机带轮背后环形槽中的红外交电传感器上测出。
带轮上开有光栅槽，由光电传感器将其角位移信号转换为电脉冲输入单片计算机中计数，计算得到两电机的动态转速值，并由实验台上的LED 显示器显示上来也可通过微机接口送往PC机进一步处理。
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齿轮传动效率及齿轮疲
劳实验修订版
IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
齿轮传动效率及齿轮疲劳实验
（附加机械功率、效率测试实验）
一．实验目的
1．了解封闭（闭式）齿轮实验机的结构特点和工作原理。
2．了解齿轮疲劳实验的过程，及通过实验测定齿轮疲劳曲线的方法。
3．在封闭齿轮实验机上测定齿轮的传动效率。
4．介绍机械功率、效率测定开式实验台，了解一般机械功率、效率的测试方法。
二．实验设备及工作原理
1．封闭（闭式）传动系统
封闭齿轮实验机具有2个完全相同的齿轮箱（悬挂齿轮箱7和定轴齿轮箱4），每个齿轮箱内都有2个相同的齿轮相互啮合传动(齿轮9与9'，齿轮5与5')，两个实验齿轮箱之间由两根轴（一根是用于储能的弹性扭力轴6，另一根为万向节轴10）相联，组成一个封闭的齿轮传动系统。
当由电动机1驱动该传动系统运转起来后，电动机传递给系统的功率被封闭在齿轮传动系统内，既两对齿轮相互自相传动，此时若在动态下脱开电动机，如果不存在各种摩擦力（这是不可能的），且不考虑搅油及其它能量损失，该齿轮传动系统将成为永动系统；由于存在摩擦力及其它能量损耗，在系统运转起来后，为使系统连续运转下去，由电动机继续提供系统能耗损失的能量，此时电动机输出的功率仅为系统传动功率的20%左右。
对于实验时间较长的情况，封闭式实验机是有利于节能的。
P 9=T 9 n / 9550=WLn /19100 (KW) 其中：n--电动机及封闭系统的转速（rpm ）； W--所加砝码的重力（N ）；
L--加载杠杆（力臂）的长度，L= 0.3 m 。
4． 单对齿轮传动效率
设封闭齿轮传动系统的总传动效率为η； 封闭齿轮传动系统内传递的有用功率为P 9；
封闭齿轮传动系统内的功率损耗（无用功率）等于电动机输出功率P 0，即：
P 0=（P 9 /η）-P 9
η=P 9 /（P 0+P 9）=T 9 /（T 0+T 9 ）
若忽略轴承的效率，系统总效率η包含两级齿轮的传动效率，故单级齿轮的
传动效率为：909
1T T T +==ηη
5． 封闭功率流方向
封闭系统内功率流的方向取决于由外加力矩决定的齿轮啮合齿面间作用力的方向和由电动机转向决定的各齿轮的转向；当一个齿轮所受到的齿面作用力与其转向相反时，该齿轮为主动齿轮，而当齿轮所受到的齿面作用力与其转向相同时，则该齿轮为从动齿轮；功率流的方向从主动齿轮流向从动齿轮，并封闭成环。
6．齿轮疲劳试验及疲劳曲线的求法
将两对试验齿轮分别安装在悬挂齿轮箱和定轴齿轮箱内，由加载砝码通过加载杠杆施加一定的外载荷，在该载荷下由电动机驱动运转，直至齿轮轮齿发生疲劳破坏，记录该载荷（应力）下所对应的运转循环次数；在不同的外载荷下，试验得到一系列相应的循环次数，由这些试验数据即可绘制出该齿轮的疲劳曲线。
可以看出，通过试验测定齿轮的疲劳曲线，需要比较长的试验时间，学生实验只体会实验过程。
7．机械功率、效率测定开式实验台简介
开式机械功率、效率实验台的组成如图所示。
原动机（电动机）为被测机械提供动力，制动器作为被测机械的负载。
由原动机输出的动力经被测机械传递到制动器，所传递的能量在制动器“消耗掉”（转化成其它形式的能，如热能），形成开式传动系统。
开式传动实验台的组成简便灵活，但能耗较大，适用于被测设备类型多变，实验周期较短的情况。
为了测量被测机械所传递的功率及传动效率，将转矩转速传感器串接在被测机械的输入轴和输出轴上，分别测出两轴上所传递的扭矩和转速，即可算出被测机械的输入功率和输出功率，输出功率与输入功率之比即为传动效率。
由指导教师在开式实验台上演示机械传动效率的测试过程。
转矩转
转矩转
三．实验方法及注意事项
1．打开电源前，应先将电动机调速旋钮逆时针轻旋到头，避免开机时电动机突然启动。
2．打开电源，按一下“清零键”进行清零；此时，转速显示“0”，电动机转矩显示“·”，说明系统处于“自动校零”状态；校零结束后，转矩显示为“0”。
3．在保证卸掉所有加载砝码后，调整电动机调速旋钮，使电动机转速为600 r/min。
4．在砝码吊篮上加上第一个砝码（10N），并微调转速使其始终保持在预定转速（600r/min）左右，在待显示稳定后（一般调速或加载后，转速和转矩显示值跳动2-3次即可达到稳定值），按一下“保持键”，使当时的显示值保持不变，记录该组数值；然后按一下“加载键”，第一个加载指示灯亮，并脱离“保持”状态，表示第一点加载结束。
5．在砝码吊篮上加上第二个砝码，重复上述操作，直至加上8个砝码，8个加载指示灯全亮，转速及转矩显示器分别显示“8888”，表示实验结束。
6．记录下各组数据后，应先将电机转速慢慢调速至零，然后再关闭实验台电源。
7．由记录数据，作出齿轮封闭传动系统的传动效率（η-T9）曲线。
四．思考题
1．封闭式传动系统为什么能够节能？
2．封闭齿轮传动如何区分主动与被动齿轮？
3．欲改变功率流方向，采用什么方法？
4．改变齿轮工作面采用什么方法？
五. 实验报告
1. 记录对应外载荷下的转速n 、扭矩T 9，并计算出系统效率η和单对齿轮的效率1η。
2. 绘制9T -η及90T T -的变化曲线。
3. 回答思考题。