齿轮传动中可能的问题

一、空回和产生空回的因素

所谓空回，就是当主动轮反向转动时从动轮滞后的一种现象。滞后的转角即空回误差角。产生空回的主要原因是由于一对齿轮有侧隙存在。

从理论上来说，一对啮合齿轮可以是无侧隙的。但在某些情况下，侧隙对传动的正常工作是必要的．。由于侧隙的存在，可以避免由于零件的加工误差而使轮齿卡住；此外它还提供了贮存润滑油的空间，以及考虑由于温度变化而引起零件尺寸的变化等因素。但是，侧隙在反向传动中引起的空回误差，将直接影响传动精度。因此，必要时须对空回误差予以控制或设法消除其影响。

产生空回的主要因素是：就齿轮本身而言，如中心距变大、齿厚偏差、基圆偏心和齿形误差等。此外，齿轮装在轴上时的偏心、滚动轴承转动座圈的径向偏摆和固定座圈与壳体的配合间隙等也会对空回产生影响。

二、齿轮传动的失效形式

齿轮传动的失效形式主要是：轮齿的折断，齿面的点蚀、磨损和胶合等。

1.轮齿的折断

轮齿的折断一般发生在齿根部分，因为齿根处弯曲应力最大而且有应力集中。折断有两种：一种是在短期过载或受到冲击载荷时发生的突然折断；另一种是由于多次重复弯曲所引起的疲劳折断。这两种折断都起始于齿根受拉应力的一边。对于齿宽较小的直齿圆柱齿轮，齿根裂纹往往是从齿根沿着齿宽方向扩展，发生全齿折断。齿宽较大的直齿圆柱齿轮，容易因制造及安装的误差以及转轴等零件的弹性变形等因素，使载荷沿齿宽分布不均而使载荷集中于齿的一端，斜齿及人字齿轮因为接触线是倾斜的，载荷有时也作用在齿的一端的齿顶上，因此这些齿轮的齿根裂纹往往是从齿根沿着斜向齿顶的方向扩展，而发生轮齿的局部折断。增大齿根过渡曲线半径、降低表面粗糙度值、采用表面强化处理（如喷丸、辗压）等，都有利于提高轮齿的抗疲劳折断能力。

2.齿面的点蚀

润滑良好的闭式传动齿轮，当齿轮工作一段时期以后，常在轮齿的工作表面上出现疲劳点蚀。点蚀齿面的点蚀多出现在靠近节线的齿根表面上。在磨损严重的齿轮传动中，特别是在开式齿轮传动中见不到点蚀现象，这是因为表层的磨损速度比在表层上出现疲劳裂纹的速度要快得多。

出现点蚀的齿面，将失去正确的齿形。从而破坏了正确的啮合，使得传动精度下降，引起附加动载荷，产生噪声和振动，并加快齿面磨损和降低传动寿命。

提高齿面的硬度和降低表面粗糙度值，在许可范围内采用最大的移距系数和增大齿轮传动的综合曲率半径，以及增大润滑油粘度与减小动载荷等，都可提高齿面的接触疲劳强度。

3.齿面的磨损

当表面粗糙的硬齿与较软的轮齿相啮合时，由于相对滑动、软齿表面易被划伤而产生齿面磨损。外界硬屑落人啮合齿间也将产生磨损。磨损后，正确齿形遭到破坏，齿厚减薄，最后导致轮齿因强度不足而折断。

对于闭式传动，减轻或防止磨损的主要措施有：①提高齿面硬度；②降低齿面粗糙度值；③注意润滑油的清洁和定期更换；④采用角度变位齿轮传动，以减轻齿面滑动等。对于开式传动，应特别注意环境清洁，减少磨粒（硬屑）的侵入。

4.齿面的胶合

胶合是比较严重的粘着磨损。高速重载传动因滑动速度高，而产生瞬时高温会使油膜破裂，造成齿面间的粘焊现象，粘焊处被撕脱后，轮齿表面沿滑动方向形成沟痕。低速重载传动不易形成油膜，摩擦热虽不大，但也可能因重载而出现冷焊粘着。

防止或减轻齿面胶合的主要措施有：①选用抗胶合性能好的齿轮副材料；②材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差；③提高齿面硬度和降低表面粗糙度值；④采用抗胶合能力强的润滑油；⑤合理的选择齿轮参数或进行变位等。齿轮的计算准则是由失效形式确定的。闭式传动齿轮，主要失效．形式是点蚀、弯曲疲劳折断和胶合。目前，一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。对于高速大功率的齿轮传动，尚需进行抗胶合计算。

开式传动齿轮，主要失效形式是弯曲疲劳折断和磨损。目前磨损尚无完善的计算方法，故只进行弯曲疲劳强度计算，用适当加大模数的办法以考虑磨损的影响。三．传动链的设计

在精密机械中，齿轮传动链的设计，大致可按下列步骤进行：

l ）根据传动的要求和工作特点，正确选择传动型式。

2 ）决定传动级数，并分配各级传动比。

3 ）确定各级齿轮的齿数和模数；计算出齿轮的主要几何尺寸。

4 ）对于精密齿轮传动链，有时尚需进行误差的分析和估算（一般传动中此项可以省略）。

5 ）传动的结构设计，其中包括：齿轮的结构，齿轮与轴的联接方法等。对于精密齿轮传动链，有时尚需设计消除空回的结构。

在实际设计工作中，不一定完全按照上述步骤，必要时也可以交叉进行。

下面仅就传动链设计中的某些基本问题，分别加以讨论。

齿轮传动型式的选择

如前所述，齿轮的传动型式很多，设计时，如何根据齿轮传动的使用要求、工作特点，正确地选择最合理的传动型式，是设计中要解决的首要问题。在一般情况下，可根据以下几点进行选择：

l ）结构条件对齿轮传动的要求。例如空间位置对传动布置的限制；各传动轴的相互位置关系等。当然这种限制不是绝对的，传动链的设计，也可以反过来对机械结构提出要求。

2 ）对齿轮传动的精度要求。

3 ）齿轮传动的工作速度及传动平稳性和无噪声的要求。

4 ）齿轮传动的工艺性因素（这一点必须和具体的生产设备条件及生产批量结合起来考虑）。

5 ）考虑传动效率和润滑条件等。

传动型式的选择，是个复杂的问题，常需要拟定出几种不同的传动方案，根据技术经济指标，分析对比后决定取舍。

对于某些精密机械，当传递力矩不大、速度较低和传动精度要求不高时，可考虑采用简化啮合。图8 一84 所示为某些钟表机构、打字机中所采用的简化啮合。简化啮合是一种不完善的传动型式，它的侧隙很大，瞬时传动比也很不均匀。但由于制造情度要求不高，故使成本可以降低。

传动比的分配

传动比的分配是齿轮传动链设计中的重要问题之一。传动比分配的是否合理，将影响整个传动链的结构布局及其工作性能，因此，在设计中必须根据使用要求，合理地进行传动比的分配。

齿轮传动链的总传动比，往往是根据具体要求事先给定的。总传动比给出之后，据此确定传动级数并分配各级传动比。

一般说来，齿轮传动链的传动级数少些较好。因为传动级数愈多，传动链的结构就愈复杂。传动级数少，不但可以使结构简化，同时还有利于提高传动效率，减小传动误差和提高工作精度。

应当指出，若总传动比一定，则由于传动级数的减少，势必引起各级传动比数值的增大。若各级传动比（单级传动比）数值过大，将会使传动链的结构不紧凑。图8 一85 所示为传动级数对平面布局的影响。图中两种方案的i 二6 ，且模数相同，小齿轮齿数相同，由图可见，一级传动所占的平面面积，远比多级传动为大。

另外，当单级传动比过大时，被动齿轮的直径就会很大，致使齿轮的转动惯量随之增加，这对于要求转动惯量较小的齿轮传动链（如小功率随动系统中）是不希望的。因小功率随动系统中的齿轮传动，一般都要求起动快和结构紧凑，如转动惯量过大，对实现上述要求是不利的。因此，应根据齿轮传动链的具体工作要求，合理地确定其传动级数。传动级数确定之后，即可以进行各级传动比的分配。