齿轮常见的失效形式与设计准则汇总
10-02 齿轮传动的失效形式及设计准则
增强轮齿抗点蚀能力的措施： ●在啮合轮齿间加注润滑油可以减小摩擦，减缓点蚀； ●在合理限度内，提高润滑油的粘度，也可减缓点蚀的出现。
（4）齿面胶合
高速重载：压力大，瞬时温升，润滑差，温度过高时，两齿面 就会发生粘连，又滑动将相粘结的部位即被撒破，称为胶合。 低速重载：油膜遭到破坏，也会产生胶合。此时称为冷胶合。
但应采取相应的措施，以增强轮齿抗这些失效的能力。
闭式齿轮传动设计准则
闭式齿轮传动：
在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。
对于齿面硬度很高，齿芯强度又低的齿轮或材质较脆的齿
轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。
对于功率较大的齿轮传动: 例如输入功率超过75kW的闭式 齿轮传动，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。
开式齿轮传动设计准则
开式（半开式）齿轮传动：
按理应按保证齿面抗磨损和齿根抗折断能力两准则进行计
算，由于抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，所以对于开 式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为 设计准则。 为了延长开式（半开式）齿轮传动的寿命，可视具体需要
而将所求得的模数适当增大。
对于齿轮的轮圈、轮幅、轮毂等部位的尺寸,通常仅作结 构设计，不进行强度计算。
（2）齿面磨损
齿面磨损可能出现的形式有多种，但主要是当啮合齿面间 落入磨料性物质时，齿面即被逐渐磨损而致报废。这是开式齿 轮传动的主要失效形式之一。
改善润滑、密封条件，在润滑油中加入减摩添加剂，保持 润滑油的清洁，提高齿面硬度等，均能提高齿面的抗磨料磨损。
（3）齿面点蚀
在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多 为点蚀。开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。
机械设计(6.1.1)--齿轮传动的失效形式和计算准则
5-1 失效形式和计算准则
一、失效形式（有六 种1）. 轮齿折断
一、失效形式
折断面
折断面
5-1 失效形式和计算准则 一、失效形 式
轮 齿 折 断 实 例
一、失效形式
5-1 失效形式和计算准则
一、失效形式 2. 齿面点 蚀
一、失效形式
5-1 失效形式和计算准则 一、失效形式 3. 齿面胶合
一、失效形式
5-0 概述
齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。 优点： 1. 效率高； 2. 传动比准确； 3. 结构紧凑； 4. 工作可靠； 5. 寿命 长 缺点： 1. 制造成本高； 2. 装配精度要求高； 3. 不适于两轴距离远的场 合。 目前已达到的水平： 传递功率： 1000000kW ；圆周速度： 300m/s ：转速： 100000r/min
5-1 失效形式和计算准则 一、失效形式
4. 齿面磨损
一、失效形式
5-1 失效形式和计算准则
一、失效形式 5. 齿面塑性变 形
一、失效形式
5-1 失效形式和计算准则 一、失效形式
5. 齿面塑性变 形
实 例
主动轮
一、失效形式 从动轮
5-1 失效形式和计算准则
一、失效形式 6. 齿体塑性变形
一、失效形式
保证齿面接触疲劳强 度；
保证齿根弯曲疲劳强 度 。 闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强
度为主。进行齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强 度计算。
开式齿轮传动中，通常以保证齿根弯曲强度为主 ，兼顾磨损。进行齿根弯曲疲劳强度设计。
5-1 失效形式和计算准则 二、计算准则
齿轮失效形式与极限转矩的关系
二、计算准则
极限转矩 磨损界限
机械设计基础第七章齿轮传动
§7-7 直齿圆锥齿轮传动的强度计
算 方向： Ft——主反从同
Fr——指向各自的轴线
一、直F齿a—圆—锥指齿向轮大传端 动的受力分析
Fr1 Fa2
Fa1 Fr 2
Ft1=-Ft2
二、强度计算
1、齿面接触强度的计算 2、齿根弯曲强度的计算
P120
§7-8 蜗杆传动强度计算
一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料
2T1 d1
Fa2
பைடு நூலகம்Ft 2
2T2 d2
Fa1
Fr1 Fr2 Ft2tg
力的方向和蜗轮转向的判别
蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向
圆周力
Ft——主反从 同
径向力
Fr——指向各自 的轴线
轴向力 Fa1——蜗杆左右
手螺旋定则
三、蜗杆传动强度计算
1、蜗轮齿面接触强度的计算 2、蜗轮齿根弯曲强度的计算
（2）铸钢 用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除 铸造应力。 强度稍低 。
2、铸铁 脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差， 但抗胶合和点蚀能力较强，用于工作平 稳、低速和小功率场合。
常用铸铁：灰铸铁；球墨铸铁（有较好
的机械性能和耐磨性 ）
3、非金属材料——工程塑料（ABS、尼 龙）、夹布胶木
适于高速、轻载和精度不高的传动中， 特点是噪音较低，无需润滑；
四、蜗杆传动热平衡计算
1、原因 效率低，发热大，温升高，润滑油粘度 下降润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损 和胶合。
2、冷却措施 加散热片以增大散热面积；风扇；
冷却水管；循环油冷却
§7-9 齿轮、蜗杆和蜗轮的构造 一、结构
1、齿轮轴 2、实体式 3、辐板式(孔板式) 4、轮辐式 5、镶圈齿轮
齿轮传动的失效形式和设计准则
小轮比大轮硬度高: 20~50HBS。 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬
齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。
现象：沿轮齿面滑动方向形成沟痕，甚至咬死。
热胶合
原因： 高压、高速，油膜破裂； 摩擦功耗大； 啮合局部高温，金属直接接触， 齿面焊接； 相对运动，撕裂、涂抹，沟痕
冷胶合
低 速 重 载
防止措施：
1. 采用抗胶合性能好的齿轮材料对，材料相同时，使 大、小齿轮保持一定硬度差。（汽车变速箱中的齿 轮选择20CrMnTi钢） 2. 提高表面硬度和表面质量；
抗折断
二、常用齿轮材料
化学元素
锻钢 常用 齿轮 材料 铸钢
含碳量为0.15 % ~0.6%的碳素钢或合金。 一般齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。
常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮 材料（灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁）； 非金属材料 适用于高速、轻载、且要求降低噪 声的场合。 石油工业 油井设备 室内的小电机鱼缸里 用的小马达（尼龙）
胶合失效设计方法还不成熟；
参考德国（DIN3990）、中国（GB6413）、美国
（AGMA217.01）标准设计。
§6-2 齿轮材料
两个问题： ① σF ＝ ? ； σH =? ② [σF] ＝? ； [σH] =?
一．对齿轮材料的要求
“外硬”——齿面要硬
“内韧”——齿芯要韧
抗点蚀、抗磨损、 抗胶合、抗塑性流动
齿面塑性变形实例
二、设计准则
工作条件 软齿面 闭式 传动 主要失效
σF≤[σF] σH≤[σH]
设计准则
弯曲疲劳强度 齿面接触疲劳强度
设计方法
按齿面接触疲劳强度设计 按轮齿弯曲疲劳强度校核 分别按轮齿弯曲疲劳强度 和齿面接触疲劳强度设计 ，取两者中的较大模数
齿轮传动的失效形式及设计准则
齿轮传动设计准则及失效形式齿轮传动设计准则齿轮传动针对齿轮五种失效形式，应分别确立相应的设计准则。
但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。
对于高速大功率的齿轮传动（如航空发动机主传动、汽轮发电机组传动等），还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。
至于抵抗其它失效能力，目前虽然一般不进行计算，但应采取的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力。
1、闭式齿轮传动由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。
但对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮（如用20、20Cr钢经渗碳后淬火的齿轮）或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。
如果两齿轮均为硬齿面且齿面硬度一样高时，则视具体情况而定。
功率较大的传动，例如输入功率超过75kW勺闭式齿轮传动，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。
2、开式齿轮传动齿轮传动开式（半开式）齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但如前所述，对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，故对开式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。
为了延长开式（半开式）齿轮传动的寿命，可视具体需要而将所求得的模数适当增大。
前已述之，对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸，通常仅作结构设计，不进行强度计算。
关键一、失效形式：齿轮传动失效主要是轮齿失效。
由于齿轮传动工作条件，工况、材料及热处理的差异有不同的失效形式。
1 .轮齿折断：齿轮上的每一个轮齿就象一个悬臂梁。
疲劳折断①轮齿受载后齿根处出现最大弯曲应力。
②齿根由于尺寸过渡和刀痕引起应力集中。
③在重复载荷作用下，齿根出现裂缝，扩展，导致轮齿折断。
过载折断：受到突然过载或经过严重磨损后齿厚过分薄发生折断。
齿轮传动的失效和设计准则
齿轮传动的失效和设计准则齿轮传动的失效和原因一般情况下齿轮传动的失效主要发生在轮齿，轮毂、轮辐很少失效，因此轮毂、轮辐部分的尺寸按经验设计。
齿轮的失效可分为轮齿整体失效和齿面失效两大类。
1 ．轮齿折断齿轮在工作时，轮齿像悬臂梁一样承受弯矩，在其齿根部分的弯曲应力最大，而且在齿根的过渡圆角处有应力集中，当交变的齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限应力时，由于材料疲劳对拉伸应力比较敏感，在齿根处受拉一侧首先就会产生疲劳裂纹，随着裂纹的逐渐扩展，致使轮齿发生疲劳折断。
而用脆性材料( 如铸铁、整体淬火钢等) 制成的齿轮，当受到严重短期过载或很大冲击时，轮齿容易发生突然过载折断。
直齿轮轮齿的折断一般是全齿折断，如图9 - ２a 所示；斜齿轮和人字齿齿轮，由于接触线倾斜，一般是局部齿折断，如图9 - ２b 所示。
提高轮齿抗折断能力的措施有：减小齿根应力集中，对齿根表层进行强化处理，采用正变位齿轮传动，增大轴及其支承刚度，采用合适的热处理方式增强轮齿齿芯的韧性。
为避免轮齿折断，设计时要进行轮齿弯曲疲劳强度计算和静弯曲强度计算。
图9-２齿轮的折断2 ．齿面点蚀（表面疲劳磨损）齿面点蚀是一种齿面接触疲劳破坏，经常发生在润滑良好的闭式齿轮传动中。
在变化的接触应力、齿面摩擦力和润滑剂反复作用下，轮齿表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐渐发展导致轮齿表面出现疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果是使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，这种现象就称为齿面疲劳点蚀。
发生点蚀后，齿廓形状遭破坏，齿轮在啮合过程中会产生剧裂的振动，噪音增大，以至于齿轮不能正常工作而使传动失效。
实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿面节线附近的齿根部分，如图9 －３所示。
图9 －３疲劳点蚀提高齿轮的接触疲劳强度的措施：提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、合理选用润滑油粘度，采用正变位齿轮传动等。
设计时为避免齿面点蚀失效，应进行齿面接触疲劳强度计算。
3 ．齿面磨粒磨损在齿轮传动中，随着工作环境的不同，齿面间存在多种形式的磨损情况。
齿轮传动的失效形式及设计准则2
齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。
现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。
原因：σH＞[σH]脉动循环应力1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹；2）节线处常为单齿啮合，接触应力大；点蚀实例4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。
（油粘度越小，裂纹扩展越快）3）节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。
后果齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑，传动不平稳传动失效接触面↓，承载能力↓软齿面齿轮：收敛性点蚀，相当于跑合；跑合后，若σH仍大于[σH]，则成为扩展性点蚀。
硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。
——扩展性点蚀开式传动：无点蚀（∵v磨损>v点蚀）1）HBW↑——[σH ] ↑3）↓表面粗糙度，↑加工精度4）↑润滑油粘度 2）↑ρ（综合曲率半径）(↑d 1、↑x Σ)↑接触强度 改善措施高速重载——v↑,Δt ↑,油η↓,油膜破坏,表面金属直接接触， 融焊→相对运动—→撕裂、沟痕。
低速重载——P↑、v ↓，不易形成油膜—→冷胶合。
引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废。
齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。
齿面胶合——严重的粘着磨损 现象原因后果改善措施1）采用抗胶合性能好的齿轮材料对。
2）采用极压润滑油。
3）↓表面粗糙度，↑HBW。
4）材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。
5）↓m→↓齿面h→↓齿面v s(必须满足σF)。
6）角度变位齿轮，↓啮合开始和终了时的v s。
7）修缘齿，修去一部分齿顶，使v s大的齿顶不起作用。
常发生于开式齿轮传动。
相对滑动+硬颗粒(灰尘、金属屑末等) 润滑不良+表面粗糙。
正确齿形被破坏、传动不平稳, 齿厚减薄、抗弯能力↓→折断金属表面材料不断减小 齿面磨粒磨损现象原因后果改善措施闭式：1）↑HBW,选用耐磨材料;2）↓表面粗糙度;3）↓滑动系数;4）润滑油的清洁;开式：5）加防尘罩。
齿轮的失效形式和设计准则
1. 齿轮传动常见的失效形式
齿轮传动是依靠轮齿的相互啮合来传递运动和动力 的，由于轮齿的尺寸小，受载荷大，因此，轮齿是齿轮 常见的主要失效部位。由于齿轮传动的形式、承受的载 荷、齿面硬度及传动速度等情况的不同，轮齿的失效形 式也是多种多样的，主要有以下五种：
齿轮的失效形式和设计准则
齿轮的失效形式和设计准则
（3）齿面磨损。两轮齿在 啮合过程中存在相对滑动，当 其工作面间进入灰尘、砂粒、 金属屑等杂质时，将引起磨粒 磨损，如图1-16所示。当齿面 严重磨损后，渐开线齿廓被破 坏，齿侧间隙加大，引起冲击 和振动。严重时会因轮齿变薄， 抗弯强度降低而折断。
图-16 齿面磨损
齿轮的失效形式和设计准则
图1-15 齿面点蚀
齿轮的失效形式和设计准则
齿面点蚀是润滑良好的闭式齿 轮传动常见的失效形式，对于开式 齿轮传动，由于齿面磨损较快，点 蚀未形成之前就已被磨掉，因而一 般不会发生点蚀破坏。
齿面疲劳点蚀严重时，齿廓失 去准确形状，产生冲击和噪声。提 高齿面疲劳点蚀的能力，可采用提 高齿面硬度、降低表面粗糙度、使 用高黏度的润滑油润滑等措施。
（1）对于闭式软齿面（≤350 HBS）齿轮传动，齿面主 要失效形式为齿面点蚀，故按齿面接触疲劳强度设计，确定齿 轮的主要参数和尺寸，然后按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
齿轮的失效形式和设计准则
（4）齿面胶合。在高速重载 的齿轮传动中，由于齿面滑动速度 高，齿面间的高压、高温使润滑油 被挤出，齿面油膜破裂，两金属表 面啮合处摩擦面瞬时产生高热，局 部温升过高，使齿面接触区熔化并 黏结在一起。当齿面相互滑动时， 较软的金属表面沿滑动方向被撕下 一部分，形成沟纹，这种现象称为 胶合，如图1-17所示。
齿轮传动失效形式和设计准则
齿轮传动失效形式和设计准则齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又多种多样，较为常见的是下面叙述的五种失效形式。
齿轮的其它部分（如齿圈、轮辐、轮毂等），除了对齿轮的质量大小需加严格限制外，通常只需按经验设计，所定的尺寸对强度及刚度均较富裕，实践中也极少失效。
1、轮齿折断轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。
此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断；在轮齿受到严重磨损后齿厚过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。
在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线（参看图例），轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。
若制造或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。
为了提高齿轮的抗折断能力，可采取下列措施：1）用增加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；2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。
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不同的磨损形式。
例如当啮合齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时，齿面即被逐渐磨损而至报废。
这种磨损称为磨粒磨损。
它是开式齿轮传动的主要形式之一。
改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的方法。
3、齿面点蚀点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。
在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。
所谓点蚀就是齿面材料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。
齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，如工作条件未加改善，麻点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤。
第十节齿轮传动的失效形式和设计准则
进行校核。
设计准则
2、开式传动
齿面磨损为其主要失效形式，故 通常只按弯曲疲劳强度进行设计，再 将计算确定的模数m增大10%的办法， 来考虑磨粒磨损对轮齿强度削弱的影 响,而无需校核接触强度。
措施
主要措施：提高齿面硬度； 降低齿面粗糙度；增大润 滑油粘度；采用合理变位。
失效形式
3、齿面胶合 齿面间压力大，润滑油膜不易建立，齿面金属直接接触，出 现粘焊现象。
重载齿轮传动中，由于齿面间压力很大，润滑油膜不容易 建立或容易破坏，造成齿面金属直接接触，出现粘焊现象，随 着齿面间的相对滑动，较软的齿面被撕出与滑动方向一致的沟 痕，即为胶合。胶合处产生局部瞬时高温，加剧粘焊程度，引 起齿廓破坏。
第十节 齿轮传动的失效形式和设计准则
一、失效形式
1、轮齿折断 2、齿面点蚀 3、齿面胶合 4、齿面磨损 5、塑性变形
失效形式
1、轮齿折断
弯曲疲劳折断 过载折断
常见的是弯曲疲劳折断， 轮齿像一个悬臂梁，受载后齿 根处产生的弯曲应力最大，而 且有应力集中，轮齿在啮合时 受力、脱开时不受力，轮齿受 变应力的反复作用，齿根处产 生疲劳裂纹，并逐渐扩大，导 致轮齿疲劳折断。
失效形式
5.塑性变形
从动轮
主动轮
当轮齿材料较软，载荷及摩擦力很大，轮齿在啮合过程中齿面表层的材料 就会沿着摩擦力方向产生塑性变形。由于主动轮上所受的摩擦力是背节线分别 朝向齿顶及齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面沿节线处形成凹沟。
主动齿轮齿面所受摩擦力背离节线，齿面在节线附近下凹；从动齿轮齿面 所受摩擦力指向节线，齿面在节线附近上凸。
疲劳裂纹
措施
提高轮齿抗折断能力的措施：增大齿根 圆角半径，消除加工刀痕以降低齿根应力 集中；增大轴及支承物的刚度以减轻局部 过载的程度；对轮齿进行表面处理以提高 触应力产生的点状疲劳脱落现象 振动和噪声加剧
简述闭式软齿面齿轮传动的失效形式和设计准则
闭式软齿面齿轮传动是工程机械领域中常见的一种传动形式，它具有传动效率高、承载能力强等优点，因此被广泛应用于各种机械装置中。
然而，在实际使用过程中，闭式软齿面齿轮传动也会出现各种失效形式，影响其正常运行。
为了更好地设计闭式软齿面齿轮传动，减少失效现象的发生，需要遵循一定的设计准则。
一、闭式软齿面齿轮传动的失效形式1. 疲劳断裂：闭式软齿面齿轮传动在长期使用过程中，由于载荷变化或振动引起的疲劳断裂是其常见的失效形式之一。
这种失效形式会导致齿轮齿面出现龟裂、断裂等现象，严重影响传动效率和寿命。
2. 歪斜磨损：在齿轮传动工作时，由于载荷分布不均匀或润滑不良等原因，齿轮齿面容易出现歪斜磨损。
这种磨损会导致齿轮齿面形貌失真，影响传动的平稳性和精度。
3. 弯曲变形：闭式软齿面齿轮传动在大载荷下工作时，齿轮齿面容易发生弯曲变形，导致齿轮传动的正常运行受到影响。
4. 齿面点蚀：在潮湿环境或润滑不良的情况下，闭式软齿面齿轮传动容易发生齿面点蚀现象，导致齿轮表面出现齿痕、磨损等问题。
二、闭式软齿面齿轮传动的设计准则1. 合理布局：在闭式软齿面齿轮传动的设计中，应当合理布局传动装置的结构，减少传动元件之间的干涉和碰撞，提高传动系统的可靠性和稳定性。
2. 选用优质材料：闭式软齿面齿轮传动的制造材料应选择高强度、耐磨损的优质材料，以保证传动元件的使用寿命。
3. 合理设计齿轮参数：在闭式软齿面齿轮传动的设计过程中，应根据实际工况和负载状况，合理设计齿轮的参数，如齿轮模数、齿数、齿宽等，以提高传动效率和承载能力。
4. 提高润滑条件：在闭式软齿面齿轮传动中，应采用良好的润滑方式，保持齿轮传动的润滑状态良好，减少齿面磨损和点蚀现象的发生。
5. 加强传动系统的监测和维护：在使用闭式软齿面齿轮传动的设备中，应加强对传动系统的监测和维护，及时发现和处理传动元件的异常，延长传动系统的使用寿命。
通过遵循上述的设计准则，可以有效减少闭式软齿面齿轮传动的失效现象，提高传动系统的可靠性和稳定性，延长设备的使用寿命，降低维护成本，对于工程机械领域的闭式软齿面齿轮传动设计和制造具有重要的指导意义。
齿轮常见的失效形式与设计准则优选全文
钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多 （小齿轮硬度大，大齿轮产生冷作硬化的效果）。
钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；
铸铁：常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；
非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。
渗碳淬火是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。 渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900--950摄氏度,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。碳全部或大部分以自由状态的球状石墨存在，断口成银灰色。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。其牌号以“QT”后面附两组数字表示，例如：QT45-5（第一组数字表示最低抗拉强度，第二组数字表示最低延伸率）。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。 3、非金属材料——工程塑料（ABS、尼龙）、夹布胶木
硬齿面齿轮（HBS>350）（是发展趋势） 20Cr，20CrMnTi，40Cr，30CrMoAlA，表面淬火，渗碳淬火，氮化和氰化，先切齿→表面硬化→磨齿精切齿形→5、6级,适合于高速、重载及精密机械（如精密机床、航空发动机等） 2、铸铁——脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差，但抗胶合和点蚀能力较强，用于工作平稳、低速和小功率场合。 铸铁：灰铸铁；球墨铸铁——有较好的机械性能和耐磨性
齿轮的失效形式及设计准则
机械本122 吕世伟
江汉大学专用 作者： 潘存云教授
轮齿的失效形式及设计准则
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 失效形式
一般发生在齿根处，严重 过载突然断裂、疲劳折断。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
江汉大学专用
作者： 潘存云教授
提高轮齿抗折断能力的措施： （1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿 根应力集中； （2）增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为 均匀； （3）采用合适的热处理，使轮齿芯部材料具有足够的 韧性； （4）采用喷丸、滚压等工艺对，对齿根表层进行强化 处理。
江汉大学专用 作者： 潘存云教授
特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，HBS ≤ 350，属软 齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软 齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热 处理时，小轮比大轮硬度高: 20~50HBS 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高， 属硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于 结构紧凑的场合。
▲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
▲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
江汉大学专用
作者： 潘存云教授
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。
措施： 1.提高齿面硬度 2.减小齿面粗糙度 3.增加润滑油粘度低速 4.加抗胶合添加剂高速
齿轮传动的失效形式及设计准则共31页
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
补充知识
• 铸铁：含碳量在2%以上的铁碳合金。
• 钢：以铁为主要元素，碳含量一般在2.0%以下并 含有其他元素的金属材料
• 钢材在常温或在结晶温度以下的加工产生强烈的 塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒产生剪切、 滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬 度增加，减少表面层金属变形的塑性，称为冷作 硬化。金属在冷态塑形变形中，使金属的强化指 标，如屈服点、硬度等提高，塑形指标如伸长率 降低的现象称为冷作硬化。
• 正火，又称常化，是将工件加热到一定温 度并保温一段时间后，从炉中取出在空气 中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理 工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物 分布均匀化，去除材料的内应力，降低材 料的硬度。
• 应力：受力物体截面上内力的集度，即单 位面积上的内力。
• 钢的淬火是将钢加热到临界温度以上温度， 保温一段时间，然后以大于临界冷却速度 的冷速快冷转变的热处理工艺。通常也将 铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材 料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处 理工艺称为淬火。
齿轮材料选用的基本原则
齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；
应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多 （小齿轮硬度大，大齿轮产生冷作硬化的效果）。
齿轮材料 选择齿轮材料总体上要考虑防止产生齿面失效和轮齿折断。 基本要求：齿面要硬，齿芯要韧 常用的齿轮材料 1、钢——最常用，可通过热处理改善机械性能 （1）锻钢： 软齿面齿轮（HBS≤350）（HBS,HRC等单位为常见的硬度单位） 如45、40Cr 热处理，正火调质，加工方法，热处理后精切齿形—8、7
• 低温回火：工件在150~250℃进行的回火 • 中温回火：工件在350～500 ℃之间进行的回火。 • 高温回火：工件在500℃以上进行的回火。
• 调质，即淬火和高温回火的综合热处理工艺
• 调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉 伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩 擦，要求有一定的耐磨性等等。总之，零件处在各种复合 应力下工作。这类零件主要为各种机器和机构的结构件， 如轴类、连杆、螺栓、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等 制造工业中用得很普遍。尤其是对于重型机器制造中的大 型部件，调质处理用得更多．因此，调质处理在热处理中 占有很重要的位置。
10.8 齿轮常见的失效形式与设计准则
10.8 齿轮常见的失效形式与设计准则
10.8.2 设计准则
对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是： 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。
3、非金属材料——工程处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和 表面热处理等方法。其中回火又包括高温回火、 中温回火和低温回火。
• 退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢 加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速 度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消 除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； 细化晶粒（结晶物质在生长过程中，由于受到外 界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体， 而只是结晶成颗粒状，称晶粒），调整组织，消 除组织缺陷。
• 回火将淬火后的钢/铁，在一定温度以下加热、保 温后冷却下来的金属热处理工艺。将经过淬火的 工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保 温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金 属热处理工艺。或将淬火后的合金工件加热到适 当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。 一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降 低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。
球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得， 析出的石墨呈球状，简称球铁。碳全部或大部分 以自由状态的球状石墨存在，断口成银灰色。比 普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。其 牌号以“QT”后面附两组数字表示，例如： QT45-5（第一组数字表示最低抗拉强度，第二组 数字表示最低延伸率）。用于制造内燃机、汽车 零部件及农机具等。
• 灰口铸铁:含碳量较高（2.7%～4.0%），碳 主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色， 简称灰铁。熔点低（1145～1250℃），凝 固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素 钢，减震性好。由于片状石墨存在，故耐 磨性好。铸造性能和切削加工较好。用于 制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。其 牌号以“HT”后面附两组数字。例如： HT20-40（第一数字表示最低抗拉强度，第 二组数字表示最低抗弯强度）。
级，适合于对精度、强度和速度要求不高的齿轮传动 （2）铸钢——用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除铸造应力。强度
稍低
硬齿面齿轮（HBS>350）（是发展趋势） 20Cr，20CrMnTi，40Cr，30CrMoAlA，表面淬火，渗碳
淬火，氮化和氰化，先切齿→表面硬化→磨齿精切齿形→5、 6级,适合于高速、重载及精密机械（如精密机床、航空发动 机等） 2、铸铁——脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差，但抗胶合 和点蚀能力较强，用于工作平稳、低速和小功率场合。 铸铁：灰铸铁；球墨铸铁——有较好的机械性能和耐磨性
齿轮的材料及其选择原则
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、加工工艺性能及热处理 性能良好。
10.9.2 齿轮常用材料及其热处理
钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料； 铸铁：常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；常用材料 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。
由实践得知： 1.闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主(按照轮齿 齿面接触疲劳强度设计，再校核轮齿齿根的弯曲疲劳强度) 。 2.闭式硬齿面，以保证齿根弯曲疲劳强度为主（先按照轮齿齿根弯曲强度设 计，再校核轮齿齿面接触疲劳强度）。
10.9 齿轮的常用材料及许用应力
10.9.1 齿轮材料的基本要求