齿轮的失效形式PPT课件
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a(u1)3( 335)2 KT1
[H] au mm
一对齿轮，当材料、传动比及齿宽系数 一定时，齿轮的中心距和直径由齿面接触强 度决定，而模数的大小与接触强度无关。
a(u1)3( 335)2 KT1
[H] au
齿宽系数ψa越大，则中心距越小，若结构的刚 性不够，齿轮制造、安装不准确，则齿宽过大容 易发生载荷集中现象，使轮齿折断。
Fn
Ft cos
2T1 d 1 cos
齿面接触强度条件：
许用接触 应力
H335(uu1)b32K a1T[H] MPa
其中K为载荷系数；载荷系数根据原动机的类型及 工作机械的载荷特性确定，见表11-3
335是两个齿轮的材料均为钢时的结果。
取 齿 宽 a系 a b,数可 得
齿面接触强度的设计公式：
措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径
3、齿面胶合
配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强 措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等
4、齿面磨损
是开式传动的主要失效形式 措施：改善润滑和密封条件
5、齿面塑性变形
措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油
2 齿轮材料及热处理
一、齿轮材料 二、热处理
齿轮毛坯锻造—选可锻材料；铸造—选可铸材料
二、热处理
调质 正火 表面淬火 渗碳淬火 渗氮
软齿面。改善机械性能，增大强度和韧性 齿面硬度HBS≤350
硬齿面。接触强度高、耐磨性好、可抗冲击 齿面硬度HBS350
配对齿轮均采用软齿面时：
小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度 稍高于大齿轮（约30~40HBS）
1 齿轮的失效形式
1. 齿面点蚀 2．轮齿折断 3．齿面磨损 4. 齿面胶合 5. 齿面塑形变形
齿 闭式传动 —封闭在箱体内，润滑条件好
轮 开式传动 —外露，润滑较差，易磨损
传 动
半开式传动 —介于上两者之间,有防护罩
齿轮轮齿的失效形式
轮齿的失效形式多种多样，较为常见的有轮齿 折断、齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等等。
当零件在受载时是高副接触， 受载后由于变形，其接触处为一小面积， 通常该面积很小，而表层产生的局部应 力却很大，这种应力称为接触应力。
齿面疲劳点蚀与齿面的接触应力的大小有关， 根据赫兹公式可计算齿面的最大接触应力：
H
工作时的接 触应力
1
F n
1
112
b E1
1
2
122
E2
负号用于 内接触
齿根部分靠近节线处最易发生 点蚀，所以取节点处的接触应力为计 算依据，节点处的齿廓曲率半径是：
1
N 1C
d1 2
sin
2
N 2C
d2 2
sin
令d 2/d 1 z2/z 1 u
则有
2a d1 i 1
1 1 2 1 2(d2 d1 ) 1 21 1 2 d 1d 2 sin
i1 2
(i 1)2
i d1 sin ia sin
由于节点处只有一对齿啮 合，所以载荷由一对齿承担：
Fn1
Ft1
cos
各作用力方向判断
①各力关系：作用在主动轮和从 动轮上的对应力等值反向 ，即
Fr1 = Fr2
Ft1 F t2
② 各力的方向： Ft1与主动轮回转方向相反
Fຫໍສະໝຸດ Baidu2与从动轮回转方向相同
Fr1 、Fr2分别指向各自齿轮的轮心
例：
n2 Fr2 2
Ft2 1
n1 Fr1
n2
Ft1
注意：
齿轮传动
本章要求 1 齿轮的失效形式 2 齿轮材料及热处理 3 齿轮传动精度 4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷
5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 7 齿轮的构造 8 齿轮传动的润滑和效率
本章要求
掌握齿轮的失效形式、形成的机理及措施。 掌握齿轮的受力分析及计算。 掌握齿轮的强度计算。
一、齿轮材料
金属材料
45号钢 中碳合金钢 低碳合金钢 铸钢 铸铁
最常用，经济、货源充足 35SiMn、40MnB、40Cr等 20Cr、20CrMnTi等 ZG310-570、ZG340-640等 HT350、QT600-3等
非金属材料 尼龙、夹木胶布等
选材时考虑：工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等
轻型减速机取ψa=0.2~0.4；中型减速机取 ψa=0.4~0.6；重型减速机取ψa=0.8。
§11—3 齿轮传动的精度
误差对齿轮传动的影响： 1、影响传递运动的准确性 2、影响传动的平稳性 3、影响载荷分布的均匀性
精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。齿轮 副中两个齿轮的精度等级一般取成相同
P162表11—2列出了精度等级的荐用范围，设计时可参考。
4 直齿圆柱齿轮传动的作用力 及计算载荷
1、轮齿折断
★ 疲劳折断
★ 过载折断
全齿折断—常发生于齿宽较小的直齿轮 局部折断—常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮
措施：增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、正变 位、增大模数等
2、齿面疲劳点蚀
★ 点蚀常发生于闭式软齿面（HBS≤350）传动中 ★ 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关
★ 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近 ★ 开式传动中一般不会出现点蚀现象
各力应 画在啮 合点上！
n1
二、计算载荷
名义载荷：机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到
的载荷。如 P、T、Fn 等。
计算载荷：实际计算时，为尽可能接近实际情况，需
要计入影响受力效果的各种因素（制造、安装误差，轮 齿、轴和轴承受载后的变形，原动机与工作机的不同性 能，传动中工作载荷与工作速度的变化等 ），以系数 的形式对名义载荷进行修正。名义载荷的修正值称为计
算载荷。 如 Pc、Tc、Fnc 等。
计算齿轮强度时，名义载荷Fn通常用计算载荷KFn代替， 以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为载荷系数。其值 由P164表11—3查取。
5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算
齿轮强度计算的主要目的是避免失效。 闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀 和齿根弯曲疲劳折断。 开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损 和齿根弯曲疲劳折断。
一、齿轮上的作用力 二、计算载荷
一、齿轮上的作用力
在驱动力矩 T 1 作用下，主动轮齿沿啮合线受到来自 从动轮齿的法向力 Fn1 作用。 由于直齿圆柱齿轮法面与端 面重合，因此，Fn1 作用在端面内，可分解成圆周力 F t1 和
径向力 Fr1 。
F t1 = 2000 T 1
d1
Fr1 = Ft1tan
[H] au mm
一对齿轮，当材料、传动比及齿宽系数 一定时，齿轮的中心距和直径由齿面接触强 度决定，而模数的大小与接触强度无关。
a(u1)3( 335)2 KT1
[H] au
齿宽系数ψa越大，则中心距越小，若结构的刚 性不够，齿轮制造、安装不准确，则齿宽过大容 易发生载荷集中现象，使轮齿折断。
Fn
Ft cos
2T1 d 1 cos
齿面接触强度条件：
许用接触 应力
H335(uu1)b32K a1T[H] MPa
其中K为载荷系数；载荷系数根据原动机的类型及 工作机械的载荷特性确定，见表11-3
335是两个齿轮的材料均为钢时的结果。
取 齿 宽 a系 a b,数可 得
齿面接触强度的设计公式：
措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径
3、齿面胶合
配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强 措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等
4、齿面磨损
是开式传动的主要失效形式 措施：改善润滑和密封条件
5、齿面塑性变形
措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油
2 齿轮材料及热处理
一、齿轮材料 二、热处理
齿轮毛坯锻造—选可锻材料；铸造—选可铸材料
二、热处理
调质 正火 表面淬火 渗碳淬火 渗氮
软齿面。改善机械性能，增大强度和韧性 齿面硬度HBS≤350
硬齿面。接触强度高、耐磨性好、可抗冲击 齿面硬度HBS350
配对齿轮均采用软齿面时：
小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度 稍高于大齿轮（约30~40HBS）
1 齿轮的失效形式
1. 齿面点蚀 2．轮齿折断 3．齿面磨损 4. 齿面胶合 5. 齿面塑形变形
齿 闭式传动 —封闭在箱体内，润滑条件好
轮 开式传动 —外露，润滑较差，易磨损
传 动
半开式传动 —介于上两者之间,有防护罩
齿轮轮齿的失效形式
轮齿的失效形式多种多样，较为常见的有轮齿 折断、齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等等。
当零件在受载时是高副接触， 受载后由于变形，其接触处为一小面积， 通常该面积很小，而表层产生的局部应 力却很大，这种应力称为接触应力。
齿面疲劳点蚀与齿面的接触应力的大小有关， 根据赫兹公式可计算齿面的最大接触应力：
H
工作时的接 触应力
1
F n
1
112
b E1
1
2
122
E2
负号用于 内接触
齿根部分靠近节线处最易发生 点蚀，所以取节点处的接触应力为计 算依据，节点处的齿廓曲率半径是：
1
N 1C
d1 2
sin
2
N 2C
d2 2
sin
令d 2/d 1 z2/z 1 u
则有
2a d1 i 1
1 1 2 1 2(d2 d1 ) 1 21 1 2 d 1d 2 sin
i1 2
(i 1)2
i d1 sin ia sin
由于节点处只有一对齿啮 合，所以载荷由一对齿承担：
Fn1
Ft1
cos
各作用力方向判断
①各力关系：作用在主动轮和从 动轮上的对应力等值反向 ，即
Fr1 = Fr2
Ft1 F t2
② 各力的方向： Ft1与主动轮回转方向相反
Fຫໍສະໝຸດ Baidu2与从动轮回转方向相同
Fr1 、Fr2分别指向各自齿轮的轮心
例：
n2 Fr2 2
Ft2 1
n1 Fr1
n2
Ft1
注意：
齿轮传动
本章要求 1 齿轮的失效形式 2 齿轮材料及热处理 3 齿轮传动精度 4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷
5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 7 齿轮的构造 8 齿轮传动的润滑和效率
本章要求
掌握齿轮的失效形式、形成的机理及措施。 掌握齿轮的受力分析及计算。 掌握齿轮的强度计算。
一、齿轮材料
金属材料
45号钢 中碳合金钢 低碳合金钢 铸钢 铸铁
最常用，经济、货源充足 35SiMn、40MnB、40Cr等 20Cr、20CrMnTi等 ZG310-570、ZG340-640等 HT350、QT600-3等
非金属材料 尼龙、夹木胶布等
选材时考虑：工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等
轻型减速机取ψa=0.2~0.4；中型减速机取 ψa=0.4~0.6；重型减速机取ψa=0.8。
§11—3 齿轮传动的精度
误差对齿轮传动的影响： 1、影响传递运动的准确性 2、影响传动的平稳性 3、影响载荷分布的均匀性
精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。齿轮 副中两个齿轮的精度等级一般取成相同
P162表11—2列出了精度等级的荐用范围，设计时可参考。
4 直齿圆柱齿轮传动的作用力 及计算载荷
1、轮齿折断
★ 疲劳折断
★ 过载折断
全齿折断—常发生于齿宽较小的直齿轮 局部折断—常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮
措施：增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、正变 位、增大模数等
2、齿面疲劳点蚀
★ 点蚀常发生于闭式软齿面（HBS≤350）传动中 ★ 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关
★ 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近 ★ 开式传动中一般不会出现点蚀现象
各力应 画在啮 合点上！
n1
二、计算载荷
名义载荷：机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到
的载荷。如 P、T、Fn 等。
计算载荷：实际计算时，为尽可能接近实际情况，需
要计入影响受力效果的各种因素（制造、安装误差，轮 齿、轴和轴承受载后的变形，原动机与工作机的不同性 能，传动中工作载荷与工作速度的变化等 ），以系数 的形式对名义载荷进行修正。名义载荷的修正值称为计
算载荷。 如 Pc、Tc、Fnc 等。
计算齿轮强度时，名义载荷Fn通常用计算载荷KFn代替， 以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为载荷系数。其值 由P164表11—3查取。
5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算
齿轮强度计算的主要目的是避免失效。 闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀 和齿根弯曲疲劳折断。 开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损 和齿根弯曲疲劳折断。
一、齿轮上的作用力 二、计算载荷
一、齿轮上的作用力
在驱动力矩 T 1 作用下，主动轮齿沿啮合线受到来自 从动轮齿的法向力 Fn1 作用。 由于直齿圆柱齿轮法面与端 面重合，因此，Fn1 作用在端面内，可分解成圆周力 F t1 和
径向力 Fr1 。
F t1 = 2000 T 1
d1
Fr1 = Ft1tan