机械设计 第九版 齿轮传动(1-6节).
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第十章 齿轮传动
1.掌握齿轮传动的特点、应用场合、类型及精度选择。 2.掌握选用齿轮材料的基本要求、常用热处理方法，合 理地选用齿轮的配对材料。 3.掌握齿轮传动受力分析方法，能够正确判断各力的方向。 基 4.掌握齿面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度的基本理论 本 及各参数的意义。 要 5.掌握齿轮传动的设计步骤和方法，合理选择齿轮参数。 求 6.理解计算载荷的意义，了解计算载荷中各参数的物理 意义和影响因素 。 7.了解齿轮失效形式的特点及预防或减轻失效的措施， 针对不同失效形式的设计计算准则。 8.了解齿轮结构的设计方法、齿轮的润滑及效率。
4.齿面磨损： 主动 原因：相对滑动； 措施：加强润滑； 采用闭式传动 5.塑性变形： 被动 原因：重载，齿面软 措施：提高材料的硬度， 减小接触应力， 改善润滑
主动
被动
相对滑动方向
二.设计准则： 失效形式 齿面接触疲劳点蚀
轮齿弯曲疲劳折断 胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作 相应考虑 具体工作条件下，如何运用上述准则： 工作条件 设计准则 按齿面接触疲劳强度条件设计 软齿面 闭式 (硬度 ≤ 350HB) 按轮齿弯曲疲劳强度条件校核 传动 硬齿面 按轮齿弯曲疲劳强度条件设计 (硬度 > 350HB) 按齿面接触疲劳强度条件校核 开式传动 按轮齿弯曲疲劳强度条件设计 也可同时按接触和弯曲强度设计齿轮。
§10-4 齿轮传动的计算载荷
名义载荷(理论载荷)： Fn 计算载荷(考虑实际因素的载荷)pca：Fca KFn 载荷系数 K K A K v Kα Kβ 1.使用系数KA：是考虑轮齿啮合时外部因素引起的附加动载 其值见P192 荷的系数。它主要取决于原动机和从动机械的 表10-2。 特性、质量比、联轴器类型及运行状态等。
§10-1 概 述
一. 齿轮传动的特点： 1. 效率高； 5. 应用范围广。 2. 结构紧凑； 6. 制造安装精度要求高，因此 3. 工作可靠、寿命长； 成本高； 4. 传动比稳定； 7. 不适于传动距离过大的场合。 二. 传动的类型： 1. 按轴线位置分： 2. 按速度大小分：高速（v＞15m/s）； 中速（v=3～15m/s）； 低速（v≤ 3m/s） 。 3. 按工作条件分：闭式、开式齿轮传动 4. 按齿面的软硬分：硬齿面（HBS>350或HRC >38） 软齿面（HBS350或HRC38）
§10- 3 齿轮材料及选择原则
对齿轮材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。
齿面具有较高的硬度 抵抗齿面点蚀、胶合、 磨损、塑性变形 轮齿具有足够强度和韧性 抵抗轮齿折断
一、常用材料： 齿轮常用材料是各种牌号的中碳钢，中、低碳合金 钢，铸钢和铸铁等。一般多采用锻造毛坯或轧制钢材， 齿轮尺寸较大或结构复杂且生产批量大时，可采用铸钢 或铸铁。 表P191表10-1列出了常用齿轮材料牌号、热处理方 法、硬度及力学特性。
钢
调质钢 45、40Cr、30CrMnSi、35SiMn等 锻钢 渗碳钢 20Cr、 20CrMnTi等 氮化钢 38CrAlA 等
金属
铸钢 ZG310-570等
铸铁 HT250、HT200、QT500-5等
非金属：夹布塑胶、尼龙
常用于小功率、精度不高、噪声低的场合
二、常用热处理方法： 1.表面淬火 用于中碳钢和中碳合金钢。表面淬火硬度可达 5256HRC,由于齿面的硬度高,耐磨性好,而齿芯的韧性较 高,用于轻微冲击、要求结构紧凑、无须磨齿的场合。
说 明
上述5种热处理方法中，3、4 两种方法得到的为 软齿面齿轮（HB≤350），其余 3 种得到硬齿面齿轮 （HB>350）。 三.齿轮材料的选择原则： 1.工作条件的要求：功率、可靠度、质量、环境 2.工艺要求：毛坯选择；热处理方式 3.硬度选择：*软齿面硬度350HBS； *软齿面齿轮HBS1-HBS230～50 高速、重载 较好的材料及热处理方式 体积紧凑
载荷状况
均匀平稳 轻微冲击 中等冲击 严重冲击
工作 机器 … … … …
电动机 1.0 1.25 1.5 1.75
原动机 多缸内 蒸汽机 燃机 1.1 1.25 1.35 1.5 1.6 1.75 1.85 2.0
设计准则 齿面接触疲劳强度条件 H [ ]H 轮齿弯曲疲劳强度条件 F [ ]F
对于开式（或半开式）齿轮传动，以保证齿根的疲 弯曲疲应将所求得的模数适当增大10%～ 15%。
对于大功率（P75kW）的闭式齿轮传动，还应作 热平衡计算。 对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸不进行 强度计算，仅按经验作结构设计。
§10-2 齿轮传动的 失效形式和设计准则
一.失效形式： 1.轮齿折断：过载折断（淬火钢和铸铁齿轮常见）； 疲劳折断 折断多发生在齿根部位（另有局部折断） Fn 齿根弯曲应力大 原因 齿根应力集中 避免措施 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。
2.齿面点蚀： 形成原因 轮齿在节圆附近一对齿受力， 载荷大；滑动速度低形成油膜条 件差；接触疲劳产生麻点 。 避免措施： 提高材料的硬度； 加强润滑，提高油的粘度 3.齿面胶合：热胶合、冷胶合 原因： 高速重载；散热不良；滑 动速度大；齿面粘连后撕脱 避免措施： 减小模数，降低齿高； 抗胶合能力强的润滑油； 材料的硬度及配对。
2.渗碳淬火 渗碳钢用于低碳钢和低碳合金钢，表面淬火硬度可 达52-56HRC，齿面的硬度高，耐磨性好，而齿芯的韧性 较高，用于冲击严重、要求结构紧凑的重要齿轮传动。 通常渗碳淬火后要磨齿。 3.调质 用于中碳钢和中碳合金钢。调质后齿面硬度一般 为220260HBS。适用于无结构尺寸要求。 4.正火（常化） 正火用于消除内应力，亦适用于机械强度要求不高 的齿轮。 5.渗氮 渗氮后齿面硬度可达60～62HRC，因氮化温度很低 （-196℃），轮齿的变形小，适用于难于磨齿（如内齿 轮），又要求齿面硬度大的场合。
1.掌握齿轮传动的特点、应用场合、类型及精度选择。 2.掌握选用齿轮材料的基本要求、常用热处理方法，合 理地选用齿轮的配对材料。 3.掌握齿轮传动受力分析方法，能够正确判断各力的方向。 基 4.掌握齿面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度的基本理论 本 及各参数的意义。 要 5.掌握齿轮传动的设计步骤和方法，合理选择齿轮参数。 求 6.理解计算载荷的意义，了解计算载荷中各参数的物理 意义和影响因素 。 7.了解齿轮失效形式的特点及预防或减轻失效的措施， 针对不同失效形式的设计计算准则。 8.了解齿轮结构的设计方法、齿轮的润滑及效率。
4.齿面磨损： 主动 原因：相对滑动； 措施：加强润滑； 采用闭式传动 5.塑性变形： 被动 原因：重载，齿面软 措施：提高材料的硬度， 减小接触应力， 改善润滑
主动
被动
相对滑动方向
二.设计准则： 失效形式 齿面接触疲劳点蚀
轮齿弯曲疲劳折断 胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作 相应考虑 具体工作条件下，如何运用上述准则： 工作条件 设计准则 按齿面接触疲劳强度条件设计 软齿面 闭式 (硬度 ≤ 350HB) 按轮齿弯曲疲劳强度条件校核 传动 硬齿面 按轮齿弯曲疲劳强度条件设计 (硬度 > 350HB) 按齿面接触疲劳强度条件校核 开式传动 按轮齿弯曲疲劳强度条件设计 也可同时按接触和弯曲强度设计齿轮。
§10-4 齿轮传动的计算载荷
名义载荷(理论载荷)： Fn 计算载荷(考虑实际因素的载荷)pca：Fca KFn 载荷系数 K K A K v Kα Kβ 1.使用系数KA：是考虑轮齿啮合时外部因素引起的附加动载 其值见P192 荷的系数。它主要取决于原动机和从动机械的 表10-2。 特性、质量比、联轴器类型及运行状态等。
§10-1 概 述
一. 齿轮传动的特点： 1. 效率高； 5. 应用范围广。 2. 结构紧凑； 6. 制造安装精度要求高，因此 3. 工作可靠、寿命长； 成本高； 4. 传动比稳定； 7. 不适于传动距离过大的场合。 二. 传动的类型： 1. 按轴线位置分： 2. 按速度大小分：高速（v＞15m/s）； 中速（v=3～15m/s）； 低速（v≤ 3m/s） 。 3. 按工作条件分：闭式、开式齿轮传动 4. 按齿面的软硬分：硬齿面（HBS>350或HRC >38） 软齿面（HBS350或HRC38）
§10- 3 齿轮材料及选择原则
对齿轮材料的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。
齿面具有较高的硬度 抵抗齿面点蚀、胶合、 磨损、塑性变形 轮齿具有足够强度和韧性 抵抗轮齿折断
一、常用材料： 齿轮常用材料是各种牌号的中碳钢，中、低碳合金 钢，铸钢和铸铁等。一般多采用锻造毛坯或轧制钢材， 齿轮尺寸较大或结构复杂且生产批量大时，可采用铸钢 或铸铁。 表P191表10-1列出了常用齿轮材料牌号、热处理方 法、硬度及力学特性。
钢
调质钢 45、40Cr、30CrMnSi、35SiMn等 锻钢 渗碳钢 20Cr、 20CrMnTi等 氮化钢 38CrAlA 等
金属
铸钢 ZG310-570等
铸铁 HT250、HT200、QT500-5等
非金属：夹布塑胶、尼龙
常用于小功率、精度不高、噪声低的场合
二、常用热处理方法： 1.表面淬火 用于中碳钢和中碳合金钢。表面淬火硬度可达 5256HRC,由于齿面的硬度高,耐磨性好,而齿芯的韧性较 高,用于轻微冲击、要求结构紧凑、无须磨齿的场合。
说 明
上述5种热处理方法中，3、4 两种方法得到的为 软齿面齿轮（HB≤350），其余 3 种得到硬齿面齿轮 （HB>350）。 三.齿轮材料的选择原则： 1.工作条件的要求：功率、可靠度、质量、环境 2.工艺要求：毛坯选择；热处理方式 3.硬度选择：*软齿面硬度350HBS； *软齿面齿轮HBS1-HBS230～50 高速、重载 较好的材料及热处理方式 体积紧凑
载荷状况
均匀平稳 轻微冲击 中等冲击 严重冲击
工作 机器 … … … …
电动机 1.0 1.25 1.5 1.75
原动机 多缸内 蒸汽机 燃机 1.1 1.25 1.35 1.5 1.6 1.75 1.85 2.0
设计准则 齿面接触疲劳强度条件 H [ ]H 轮齿弯曲疲劳强度条件 F [ ]F
对于开式（或半开式）齿轮传动，以保证齿根的疲 弯曲疲应将所求得的模数适当增大10%～ 15%。
对于大功率（P75kW）的闭式齿轮传动，还应作 热平衡计算。 对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸不进行 强度计算，仅按经验作结构设计。
§10-2 齿轮传动的 失效形式和设计准则
一.失效形式： 1.轮齿折断：过载折断（淬火钢和铸铁齿轮常见）； 疲劳折断 折断多发生在齿根部位（另有局部折断） Fn 齿根弯曲应力大 原因 齿根应力集中 避免措施 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。
2.齿面点蚀： 形成原因 轮齿在节圆附近一对齿受力， 载荷大；滑动速度低形成油膜条 件差；接触疲劳产生麻点 。 避免措施： 提高材料的硬度； 加强润滑，提高油的粘度 3.齿面胶合：热胶合、冷胶合 原因： 高速重载；散热不良；滑 动速度大；齿面粘连后撕脱 避免措施： 减小模数，降低齿高； 抗胶合能力强的润滑油； 材料的硬度及配对。
2.渗碳淬火 渗碳钢用于低碳钢和低碳合金钢，表面淬火硬度可 达52-56HRC，齿面的硬度高，耐磨性好，而齿芯的韧性 较高，用于冲击严重、要求结构紧凑的重要齿轮传动。 通常渗碳淬火后要磨齿。 3.调质 用于中碳钢和中碳合金钢。调质后齿面硬度一般 为220260HBS。适用于无结构尺寸要求。 4.正火（常化） 正火用于消除内应力，亦适用于机械强度要求不高 的齿轮。 5.渗氮 渗氮后齿面硬度可达60～62HRC，因氮化温度很低 （-196℃），轮齿的变形小，适用于难于磨齿（如内齿 轮），又要求齿面硬度大的场合。