机械设计课件第10章齿轮传动
齿轮传动课件
校核式
设计式
H 668
(u 1)3 KT1 ubd12
[ H ]
d1
76.433
KT1(u 1)
du H 2
1）公式中，“+”用于外啮合， “－”用于内啮合。 2）由于一对齿轮啮合时， σ H1= σ H2，但[σ H]1≠ [σ H]2，故应将两者中的较小值代 入公式。
机械设计基础
齿根弯曲疲劳强度计算
3）由于大、小齿轮的比值YF/ [σ F]可能不同，进行设计计 算时，应将两者中的较大值代入设计公式，并将求得的m后圆整 成标准值；
机械设计基础
直齿圆柱齿轮传动设计
直齿圆柱齿轮传动的设计计算步骤
1．闭式软齿面齿轮传动（硬度≤350 HBW） 1）选择齿轮材料、热处理方式、精度等级及计算许用应力； 2）合理选择齿轮参数，按接触疲劳强度设计公式算出小齿 轮分度圆直径； 3）计算齿轮的主要尺寸； 4）校核所设计的齿轮传动的弯曲疲劳强度； 5）确定齿轮的结构尺寸； 6）绘制齿轮的工作图。
设计时应根据工作条件、尺寸大小、毛坯制造及热处理方法等 因素综合考虑后选用。
齿面硬度差
热处理后的齿轮表面可分为软齿面（齿面硬度≤350HBS） 和硬齿面（齿面硬度>350HBS）两种。调质和正火后的齿面 一般为软齿面，表面淬火后的齿面为硬齿面。当大、小齿轮均 为软齿面时，由于单位时间内小齿轮应力循环次数多，为了使 大、小齿轮的寿命接近相等，推荐小齿轮的齿面硬度比大齿轮 高30~50HBS，或更高一些。传动比越大，齿面硬度差就应该 越大。当大、小齿轮均为硬齿面时，硬度差宜小不宜大。
机械设计基础
计算载荷
Fnc KFn
式中， K为载荷系数，用以考虑以下因素影响：
1）原动机和工作机的动力特性、轴和联轴器系统的质量和 刚度，以及运行状态等外部因素引起的附加动载荷。
齿轮传动课件
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22
齿轮材料及热处理：锻钢
由于啮合过程中，小齿轮的啮合次数比大齿轮 多，齿根应力较大齿轮大，为了使大、小齿轮 的寿命接近相等，推荐小齿轮的齿面硬度比大 齿轮高30～50HBS。软齿面齿轮常用于对齿轮 尺寸和精度要求不高的传动中。
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齿轮材料及热处理：锻钢
(2) 表面硬化钢和氮化钢。齿轮一般为用锻钢切 齿后经表面硬化处理(表面淬火、渗碳淬火、氮 化等)，淬火后(特别是渗碳淬火)，因热处理变 形大，一般都要经过磨齿等精加工，以保证齿 轮所需的精度。氮化齿轮变形小，在精度低于7 级时，一般不需磨齿。氮化齿轮，因硬化层深 度很小(0.1～0.6mm)，不宜用于有冲击或有磨 料磨损的场合。
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失效形式：齿面胶合
在重载低速齿轮传动中，由于局部齿面啮 合处压力很高，且速度低，不易形成油膜 ，使接触表面膜被刺破而粘着，这种胶合 称为冷胶合。
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失效形式：齿面胶合
减小模数、降低齿高、采用角度变位齿轮 以减小滑动系数，提高齿面硬度，采用抗 胶合能力强的润滑油(极压油)等，均可减缓 或防止齿面胶合。
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直齿圆锥齿轮传动
直齿圆锥齿轮的标准模数为大端模数m，其 几何尺寸按大端计算。 背锥 当量齿轮 正确啮合条件
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受力分析
由于直齿圆锥齿轮的轮齿从大端到小端逐 渐收缩，轮齿沿齿宽方向的截面大小不等 ，受力后不同截面的弹性变形各异，引起 载荷分布不均，其受力和强度计算都相当 复杂，一般以齿宽中点的当量直齿圆柱齿 轮作为计算基础
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2024年机械设计基础课件齿轮传动
机械设计基础课件齿轮传动机械设计基础课件：齿轮传动1.引言齿轮传动是机械设计中的一种基本传动方式，广泛应用于各种机械设备的运动和动力传递。
齿轮传动具有结构简单、传动效率高、可靠性好、寿命长等优点，因此在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
本课件将介绍齿轮传动的基本原理、分类、设计方法和应用。
2.齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮副的啮合来传递动力和运动的一种传动方式。
齿轮副由两个或多个齿轮组成，其中主动齿轮通过旋转驱动从动齿轮，从而实现动力和运动的传递。
齿轮副的啮合是通过齿轮齿廓的接触来实现的，齿廓的形状和尺寸决定了齿轮传动的性能和精度。
3.齿轮传动的分类齿轮传动根据齿轮的形状和布置方式可分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。
直齿圆柱齿轮传动是应用最广泛的一种齿轮传动方式，具有结构简单、制造容易、精度高等优点。
斜齿圆柱齿轮传动具有传动平稳、噪声低、承载能力强等优点，适用于高速和重载的传动场合。
直齿圆锥齿轮传动适用于空间狭小和角度传动的场合。
蜗轮蜗杆传动具有大传动比、自锁性和精度高等特点，适用于低速、大扭矩的传动场合。
4.齿轮传动的设计方法齿轮传动的设计主要包括齿轮的几何设计、强度设计和精度设计。
齿轮的几何设计是根据传动比、工作条件、材料等因素确定齿轮的齿数、模数、压力角等参数。
强度设计是保证齿轮传动在规定的工作条件下具有足够的承载能力和寿命，主要包括齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。
精度设计是保证齿轮传动的精度和运动平稳性，主要包括齿轮的加工精度和装配精度的控制。
5.齿轮传动的应用齿轮传动在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
在机床、汽车、船舶、飞机等机械设备中，齿轮传动用于传递动力和运动，实现各种复杂的运动轨迹和速度变化。
在风力发电、水力发电等能源领域，齿轮传动用于传递高速旋转的动力，实现能源的转换和利用。
在、自动化设备等高科技领域，齿轮传动用于实现精确的运动控制和动力传递，提高设备的性能和效率。
机械设计—学做一体化课件：齿轮传动设计
齿轮传动设计
两齿轮啮合时,可以近似看做两圆柱体的接触,两 圆柱体 的半径即接触点齿廓的曲率半径。由于齿轮点 蚀发生在节 点附近的齿根表面,为了简化计算,就按两 轮齿在节点接触时 计算其接触应力。两轮齿在节点 C 处的曲率半径(见图5－3) 为
设计任务中的机械传动装置主要由带传动、链传动和齿 轮传动所组成,其中齿轮传动零 部件安装在由箱体形成的密 闭空间里,与箱体共同构成齿轮减速器。齿轮减速器是整个 传动 装置的核心部分,齿轮传动零部件为减速器的内传动部 分,其参数对减速器的形状尺寸起决 定作用。
齿轮传动设计
图5－0 设计任务———齿轮传动
齿轮传动设计
(4)齿面胶合。在重载传动中,由于齿面压力很大,润滑油 膜容易破裂,造成齿面金属直 接接触,在接触处产生局部高温, 致使两轮齿面焊在一起,齿轮继续转动时,较软的齿面被 撕出 沟纹,见图5－1(d),这种现象称为胶合。
齿轮传动设计
(5)齿面塑性变形。塑性变形属于轮齿永久变形,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。当轮齿材料较软、载荷很大时, 轮 齿在啮合过程中,齿面油膜被破坏,摩擦力增大,而塑性流动 方向和齿面所受摩擦力的方向 一致,齿面表层的材料就会沿 着摩擦力的方向产生塑性变形。齿面塑性变形常发生在齿面 材 料较软、低速重载的传动中。常出现在低速重载、频繁 启动和过载传动中。主动轮齿上所受 摩擦力是背离节线分 别朝向齿顶及齿根作用的,故产生塑性变形后,齿面沿节线处 变成凹 槽。从动轮齿 上 所 受 的 摩 擦 力 方 向 则 相 反,产 生 塑 性 变 形 后,齿 面 沿 节 线 处 形 成 凸 脊, 见图5－1(e)
《机械设计基础》教学课件主题10 齿轮传动
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
1、轮齿折断 轮齿就好像一个悬臂梁，在外载荷作用下，在其轮齿根部产生的 弯曲应力最大。同时，在齿根部位过渡尺寸发生急剧变化，以及加工时 沿齿宽方向留下加工刀痕而造成应力集中的作用，当轮齿重复受载，在 脉动循环或对称循环应力作用下，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时，在齿 轮根部会产生疲劳裂纹，如图（a）所示。随着裂纹的逐步扩展，最终 引起断裂，如图（b）所示。
轮齿折断都是其弯曲应力超过了材料相应的极限应力，是最危险 的一种失效形式。一旦发生断齿，传动立即失效。
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
2、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 作用下，因为接触疲劳产生贝壳形状凹坑（麻点）的破坏形式称为点 蚀。点蚀也是常见的一种齿面破坏形式。齿面上最初出现的点蚀随材 料不同而不同，一般出现在靠近节线的齿根面上，如图所示，最初为 细小的尖状麻点。当齿面硬度较低、材料塑性良好，齿面经跑合后， 接触应力趋于均匀，麻点不再继续扩展，这是一种收敛性点蚀，不会 导致传动失效。但当齿面硬度较高、材料塑性较差时，点蚀就会不断 扩大，这是一种破坏性点蚀，是一种危险的失效形式。
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
3、齿面胶合 对于某些高速重载的齿轮传动（如航空发动机的主传动齿轮）， 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，齿面温度升高，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，如图所示，这种现象称为胶合。
机械设计基础
主题10 齿轮传动
单元1 单元2 单元3 单元4 单元5 单元6
《齿轮传动机械设计》PPT课件
▲ 工作可靠，寿命长； ▲ 传动比稳定;
▲ 制造及安装精度要求高，价格较贵。传动距离不 宜过大。
本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法， 也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动 可靠的齿轮。 设计齿轮----设计确定齿轮的主要参数以及构造形式。
等
单缸内燃 机
1.50
机械设计 第十章 齿轮传动
2、动载系数Kv
考虑齿轮啮合过程中因啮合误差和运转速度引
起的内部附加 动载荷系数。
齿形误差、轮齿变形等造 成基节误差
∴ Kv=f(精度,v)
32
机械设计 第十章 齿轮传动
具体影响因素： 1〕基节误差：制造误差、弹性变形引起。
齿轮正确啮合条件：pb1=pb2 。 如果： pb2＞pb1
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件，清洁环境 3.提高齿面硬度
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
齿面点蚀
滚压塑变
主动齿
失效形式
齿面胶合 齿面磨损 塑性变形
从动齿
外表凸出
外表凹
低的速主重要载破软 坏齿 形面 式闭 。向主式节动传线轮动，1：面所齿节以面线Ff相背处对离产滑节生动线凹速，槽度塑。方变向后v在s指齿
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。
措施： 1.提高齿面硬 度 2.减小齿面粗糙度
3.增加润滑油粘度 4.加抗胶合添加剂
一、轮齿的失效形式
失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 --磨粒磨损
跑合磨损、磨粒磨损。
开式齿轮传动易发 生磨粒磨损。
二、要求： 运转平稳、足够的承载能力。
机械设计第10章机械传动系统及其传动比
机械设计第10章机械传动系统及其传动比机械传动系统及其传动比案例导入：在实际的机械工程中，为了满足各种不同的工作需要，仅仅使用一对齿轮是不够的。
本章通过带式输送机、牛头刨床、汽车变速箱和差速器、自动进刀读数装置、滚齿机行星轮系等例子，介绍轮系的概念、分类、传动比的分析计算方法。
第一节定轴轮系的传动比计算在实际应用的机械中，为了满足各种需要，例如需要较大的传动比或作远距离传动等，常采用一系列互相啮合的齿轮来组成传动装置。
这种由一系列齿轮组成的传动装置称为齿轮系统，简称轮系。
一、轮系的分类轮系有两种基本类型：(1)定轴轮系。
如图10-1所示，在轮系运转时各齿轮几何轴线都是固定不变的，这种轮系称为定轴轮系。
(2)行星轮系。
如图10-2所示，在轮系运转时至少有一个齿轮的几何轴线绕另一几何轴线转动，这种轮系称为行星轮系。
图10-1 定轴轮系二、轮系的传动比1.轮系的传动比轮系中，输入轴（轮）与输出轴（轮）的转速或角速度之比，称为轮系的传动比，通常用i表示。
因为角速度或转速是矢量，所以，计算轮系传动比时，不仅要计算它的大小，而且还要确定输出轴（轮）的转动方向。
2.定轴轮系传动比的计算根据轮系传动比的定义，一对圆柱齿轮的传动比为nzi12 1 2 n2z1式中：“±”为输出轮的转动方向符号，图10-2行星轮系第十章机械传动系统及其传动比当输入轮和输出轮的转动方向相同时取“＋”号、相反时取“－”号。
如图10-1a) 所示的一对外啮合直齿圆柱齿轮传动，两齿轮旋转方向相反，其传动比规定为负值，表示为：i=n1=n2z2 z1如图10-1b)所示为一对内啮合直齿圆柱齿轮传动，两齿轮的旋转方向相同，其传动比规定为正值，表示为：n1z2 i= =n2z1如图10-3所示的定轴轮系，齿轮1为输入轮，齿轮4为输出轮。
应该注意到齿轮2和2＇是固定在同一根轴上的，即有n2=n2′。
此轮系的传图10-3定轴轮系传动比的计算动比i14可写为：nnn ni14 1 123 i12i2 3i***** z2z3z4 312上式表明，定轴轮系的总传动比等于各对啮合齿轮传动比的连乘积，其大小等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比，即m从1轮到k轮之间所有从动轮齿数n的连乘积i1k 1 1 (10-1) nk从1轮到k轮之间所有从主轮齿数的连乘积式中：m为平行轴外啮合圆柱齿轮的对数，用于确定全部由圆柱齿轮组成的定轴轮系中输出轮的转向。
机械设计基础(第10章： 轮系)
第10章轮系前面我们己经讨论了一对齿轮传动及蜗杆传动的应用和设计问题，然而实际的现代机械传动，运动形式往往很复杂。
由于主动轴与从动轴的距离较远，或要求较大传动比，或要求在传动过程中实现变速和变向等原因，仅用一对齿轮传动或蜗杆传动往往是不够的, 而是需要采用一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统将主动轴的运动传给从动轴。
这种由一系列相互啮合的齿轮(包括蜗杆、蜗轮)组成的传动系统称为齿轮系，简称轮系。
本章重点讨论各种类型齿轮系传动比的计算方法，并简要分析各齿轮系的功能和应用。
10.1 轮系的分类组成轮系的齿轮可以是圆柱齿轮、圆锥齿轮或蜗杆蜗轮。
如果全部齿轮的轴线都互相平行，这样的轮系称为平面轮系；如果轮系中各轮的轴线并不都是相互平行的，则称为空间轮系。
再者，通常根据轮系运动时各个齿轮的轴线在空间的位置是否都是固定的，而将轮系分为两大类：定轴轮系和周转轮系。
10.1.1定轴轮系在传动时所有齿轮的回转轴线固定不变的轮系，称为定轴轮系。
定轴轮系是最基本的轮系，应用很广。
由轴线互相平行的圆柱齿轮组成的定轴齿轮系，称为平面定轴轮系，如图10.1所示。
a)b)图10.1 平面定轴齿轮系包含有圆锥齿轮、螺旋齿轮、蜗杆蜗轮等空间齿轮的定轴轮系，称为空间定轴轮系，如图10.2所示。
图10.2 空间定轴轮系10.1.2 周转轮系轮系在运动过程中，若有一个或一个以上的齿轮除绕自身轴线自转外，其轴线又绕另一个齿轮的固定轴线转动，则称为周转轮系，也叫动轴轮系。
如图10.3所示。
a) 周转轮系结构图b)差动轮系c)行星轮系图10.3周转轮系其中齿轮2的轴线不固定，它一方面绕着自身的几何轴线O2旋转，同时O2轴线，又随构件H绕轴线O H公转。
分析周转轮系的结构组成，可知它由下列几种构件所组成：1.行星轮：当轮系运转时，一方面绕着自己的轴线回转(称自转)，另一方面其轴线又绕着另一齿轮的固定轴线回转(称公转)的齿轮称行星轮，如图10.3中的齿轮2。
机械设计基础 齿轮传动
径节的单位为1／英寸，分度圆直径的单位为英寸。 模数与径节的换算关系为：
m= 25.4 P
显然径节与模数正好相反，径节越大，周节越小，即模数小，英制齿轮常 用径节有以下几种： 2、2.5、3、4、6、8、10、12、16、20。
6．4．1
保持恒定的瞬时传动比
下图为一对啮合的齿轮。rb1、rb2为两齿轮的基圆半径，N1N2为两基圆的内公切 线，设在某一瞬时，两齿廓在K点接触，过K点作两齿廓的公法线nn，根据渐开线性 质2，过K和K’点作两圆的法线，必与N1N2重合。当经过Δt时间后，主动齿轮O1转过 角ψ1，从动齿轮转过角ψ2，两齿轮齿廓在K’点接触。渐开线齿廓的啮合点始终是 沿着两个基圆内公切线N1N2移动。所以N1N2就是啮合点K的移动轨迹，叫做啮合线。 根据渐开线性质1可知，弧长
（2）应用特点 在机械传动中，齿轮传动应用最广泛。在工程机械、矿山机械、冶金机械以及各 类机床中都应用着齿轮传动。齿轮传动所传递的功率从几w至几万kW；它的直径从不 到1mm的仪表齿轮，到10 m以上的重型齿轮；它的圆周速度从很低到100m／s以上。 大部分齿轮是用来传递旋转运动的，但也可以把旋转运动变为直线往复运动，如齿 轮齿条传动。 与其他传动相比齿轮传动有如下特点： ①瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠； ②适用范围广；可实现平行轴、相交轴、交错轴之间的传动；传递的功率和速度 范围较大； ③结构紧凑、工作可靠，可实现较大的传动比； ④传动效率高、使用寿命长； ⑤齿轮的制造、安装要求较高； ⑥不适宜远距离两轴之间的传动。 (3）对齿轮传动的基本要求 采用齿轮传动时，因啮合传动是个比较复杂的运动过程，对其要求是： ①传动要平稳 要求齿轮在传动过程中，任何瞬时的传动比保持恒定不变。以保 持传动的平稳性，避免或减少传动中的噪声、冲击和振动。 ②承载能力强 要求齿轮的尺寸小，重量轻，而承受载荷的能力大。即要求强度 高，耐磨性好，寿命长。
机械设计基础课件-齿轮传动
04 齿轮的材料与制 造工艺
齿轮的材料选择
碳钢
适用于低速、低负载的 齿轮，价格相对较低。
合金钢
具有较好的力学性能和 耐磨性，适用于高速、
重载的齿轮。
不锈钢
具有较好的耐腐蚀性， 常用于食品、化工等行
业的齿轮。
塑料
轻便、低成本，适用于 轻载、低速的齿轮，如
玩具、家电等。
齿轮的热处理工艺
01
02
03
机械设计基础课件-齿轮传 动
汇报人： 202X-12-24
目录
• 齿轮传动的概述 • 齿轮的几何设计 • 齿轮的工作原理 • 齿轮的材料与制造工艺 • 齿轮传动的应用与维护
01 齿轮传动的概述
齿轮传动的定义
• 齿轮传动：通过一对或多对相互啮合的齿轮，将主动齿轮 的旋转运动传递给从动齿轮，实现转矩和转速的变换。
装配不当会导致齿轮传动系统运转不平稳 。排除方法包括重新检查和调整各部件的 装配关系等。
THANKS
感谢观看
压力角是指渐开线齿廓与 分度圆相切的切线与分度 圆之间的夹角。
齿轮的模数
定义
模数是决定齿轮大小的基本参数 ，它表示了齿距与圆周率π的比值 。
选择
在齿轮设计中，模数的选择直接 影响到齿轮的大小和传动能力， 需要根据实际需求和设计规范进 行选择。
齿轮的齿数
定义
齿数是表示在分度圆上齿的个数的参 数。
选择
齿轮传动的维护保养
定期检查
对齿轮传动系统进行定期检查，包括 齿轮、轴承、润滑系统等，确保各部 件正常运转。
清洁与润滑
保持齿轮传动系统的清洁，定期添加 润滑剂，以减少摩擦和磨损，延长使 用寿命。
调整与紧固
根据需要调整齿轮的啮合间隙和紧固 各部件，确保齿轮传动的稳定性和可 靠性。
机械原理(第七版)优秀课件—第十章 齿轮机构及其设计
Gears and its Design
• 10.1 齿轮机构的特点及分类
• 10.1.1 概述 • 1.什么是齿轮？
• 2.特点：适应范围广（v、p、r)；效率
高（0.99)；速比稳定、传动精度高；工 作可靠；可实现任意轴间的传动。制造 和安装精度要求高，成本较高；不适于 远距离传动。
• 刀具不标准
2.变位齿轮问题的提出
1）z＜zmin时又要不根切； 2）a’≠a；
3）ρ小＜ρ大, σ小＞σ大， u小＞u大,
• 3.刀具的变位 1）正变位 2）负变位 • 4. 变位传动
1）零变位齿轮传动：∑x=0，α’=α, a’=a • x1=x2=0 标准齿轮传动 x1=-x2 等移距变位齿轮传动 • 2）非零变位齿轮传动：∑x≠0，α’≠α, a’≠a
曲齿
交错轴斜齿轮传动
• 3.按齿廓曲线分：渐开线、摆线、圆弧 • 4.按工作条件分： • 1）开式：2）闭式：
• 5.按运动速度分：
• 低速：＜1m/s
• 中速：1～25
• 高速：＞25m/s • 超高：＞100m/s
• 10.1.3 对齿轮传动的基本要求
– 1.传动准确平稳
i 1 d1
2 d 2
α
r
α N1
xm ha m
p
Q
• 2. 变位齿轮的几何计算
• m、a由强度计算确定，α、z、d、db不变化 • h高a和、齿h厚f 、的d变a化、 df、s 、e 、α’都将变化，而关键是齿
• 1）齿顶高、齿根高
hai (ha* xi y)m
hfi (ha* c* xi)m
x的选择:无侧隙、不根
2
c os '
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作者： 潘存云教授 作者： 潘
齿面胶合
胶合：相啮合齿面的金属，在一定压 力下直接接触而相互粘连。当齿 面相对滑动时，较软的齿面沿滑 动方向被撕下而形成沟纹。 产生原因：温度过高，引起油膜破裂 热胶合：高速重载，齿面间摩擦力， 发热量大； 冷胶合：低速重载，速度过低，不易 产生油膜。 防止或改善措施： ①对于低速重载，可提高油的粘度 ②对高速重载，可采用抗胶合能力强 的油； ③采用抗胶合能力强的材料及合理配 对齿轮； 2013-10-13 机械设计 ④提高齿面硬度。
3、计算理论
弯曲疲劳强度：悬臂梁理论 接触疲劳强度：Hertz（赫芝）理论
机械设计
2013-10-13中国地质大学专用
作者： 潘
§10-3 齿轮材料及选用准则
一、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。 二、常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理 可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。
含碳量为0.15 % ~0.6%的碳素钢或合金。 锻钢 一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。
常用齿 轮材料
铸钢 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。 铸铁 常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿
轮材料； 适用于高速、轻载、且要求降低 非金属材料 机械设计 噪声的场合。
中国地质大学专用 2013-10-13中国地质大学专用
作者： 潘存云教授 作者： 潘
3.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、 35SiMn等。调质处理后齿面硬度为： 220~260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精 切齿形，且在使用中易于跑合。
4. 正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和 切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火 处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。 5. 渗氮 渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达 60~62HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难 以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA. 机械设计
潘存云教授研制 229~302 156~217
QT600-2 ZG310-570
ZG340-640 45 45 40Cr
中国地质大学专用 2013-10-13中国地质大学专用
600 580
650 580
169~229 162~217
217~255 40~50HRC 48~55HRC 241~286
调质后表 面淬火
2013-10-13 ③从设计上， σF≤[σF]。 机械设计
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2）过载折断（或剪断） 产生原因： ①突然过载或者强烈冲击； ②模数太小，齿根厚度太小，材 料太脆。 防止措施： ①仔细操作； ②适当增大模数； ③采用热处理提高材料的冲击韧 性。 3）局部折断
局部折断
在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线， 轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。若制造 及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即 使是直齿圆柱齿轮，也会发生局部折断。 2013-10-13 机械设计
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作者： 潘存云教授 作者： 潘
齿轮传动的特点： ▲ 传动效率高 η可达99％；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； ▲ 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； ▲ 工作可靠，寿命长；与各类传动相比 ▲ 传动比稳定;
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2013-10-13
机械设计
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式 齿面胶合
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
主动齿 主动齿
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齿面磨损 齿面塑性变形
表面凸出
从动齿
表面凹陷
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机械设计
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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；
▲ 制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传动相比
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学习本章的目的 本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法， 也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传 动可靠的齿轮。 设计齿轮——设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。 主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角β以及压力角a、 机械设计 齿高系数h*a、径向间隙系数c*。
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一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式 齿面胶合
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
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跑合磨损、磨粒磨损。
齿面磨损
跑合磨损 磨粒磨损
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机械设计
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齿面磨损
磨料磨损和跑合磨损 磨料磨损是开式齿轮传动的主要失 效形式。 产生原因：砂粒、金属微粒进入啮 合齿面，产生磨料磨损。 防止或改善措施： ①增大齿面硬度； ②采用闭式传动或加防护罩； ③改善润滑条件。
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
齿面接触应力按脉动循环变 化当超过疲劳极限时，表面 产生微裂纹、高压油挤压使 裂纹扩展、微粒剥落。点蚀 首先出现在节线处，齿面越 硬，抗点蚀能力越强。软齿 面闭式齿轮传动常因点蚀而 失效。
潘存云教授研制 潘存云教授研制
机械设计
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续表10-1 常用齿轮材料及其机械性能
材料牌号 ZG340~640 45 30CrMnSi 35SiMn 38SiMnMo 40Cr 20Cr 20CrMnTi 12Cr2Ni4 强度极限 屈服极限 硬度 HBS 热处理方法 σB / MPa σS / MPa 齿芯部 齿面 调质 700 650 1100 750 700 700 650 1100 1100 380 360 900 450 550 500 400 850 850 241~269 217~255 310~360 潘存云教授研制 217~269 217~269 241~286 300 300 320
齿面接触疲劳
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作者： 潘存云教授 作者： 潘
齿面点蚀
在闭式齿轮传动中，常发生点蚀。软 齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效 。 开式齿轮传动不易发生。 点蚀：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。 产生原因： ①齿面接触应力太大； ②当出现裂纹时，油渗入裂纹产生楔 裂作用。 防止措施： ①提高齿面硬度； ②增大齿廓曲率半径ρ（减小接触应 力）； ③增大油的粘度（有利于油膜的形成 2013-10-13 ，使两齿面隔开，粘度高的油不易 机械设计 渗入裂纹）。
§10-1 概述
作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。 要求： 运转平稳、足够的承载能力。 直齿圆柱齿轮传动 按类 斜齿圆柱齿轮传 型分 锥齿轮传动 人字齿轮传动 开式传动 裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。 按装置 半开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润 分 滑得到改善、适于非重要应用； 型式分 类 闭式传动 全封闭、润滑良好、适于重要应用。 按使用 动力齿轮 以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。 情况分 传动齿轮 以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。 按齿面 硬齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS） 机械设计 硬度分 软齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）
25~35
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三、齿轮材料的热处理和化学处理 表面淬火 渗碳淬火 调质 正火 渗氮
——高频淬火、火焰淬火
热处理方法
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1.表面淬火 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。 表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达 52~56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。 2. 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.15 % ~0.25%的低碳钢和低碳合 金钢，如20、20Cr等。齿面硬度达56~62HRC，齿面 接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击 机械设计 载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。
▲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
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1、设计准则
防止点蚀：接触疲劳强度准则，σH≤[σH]； 防止折断：齿根弯曲疲劳强度准则， σF≤[σF]。
2、计算特点
（1）闭式软齿面钢齿：以接触疲劳强度准则为主； （2）闭式硬齿面钢齿或铸铁：以弯曲疲劳强度准则为 主； （3）开式传动：以弯曲疲劳强度准则为主，考虑磨损 的影响适当增大模数。（10～15%）
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作者： 潘
二、齿轮的设计准则 ▲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
由工程实践得知： ▲闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主
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齿面接触疲劳
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 齿面点蚀 失效形式
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
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齿面胶合
高速重载传动中，常因啮合区温 度升高而引起润滑失效，致使齿 面金属直接接触而相互粘连。当 齿面向对滑动时，较软的齿面沿 滑动方向被撕下而形成沟纹。
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作者： 潘
表10-1 常用齿轮材料及其机械性能