第十章 齿轮传动汇总

本章的学习目的
本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设 计方法，也就是要根据齿轮工作条件的要求， 能设计出传动可靠的齿轮(渐开线齿轮)。
设计齿轮是指设计确定齿轮的主要参数以 及结构形式。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、主要参数
1）基本齿廓、模数、压力角———《机械原理》
2）传动比i
i
n1 n2
d2 d1
z 2 (从动轮） z（1 主动轮）
6）↑轮齿精度； 改善载荷分布
7）↑支承刚度。
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。
常发生于开式齿轮传动。
现象：金属表面材料不断减小
原因：相对滑动+硬颗粒(灰尘、金属屑末等) 润滑不良+表面粗糙。
一、齿轮的主要失效形式
齿轮的失效发生在轮齿，其它部分很少失效。
轮齿折断 失效形式
齿面损伤
齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀） 齿面胶合 齿面磨粒磨损 齿面塑性变形
1、轮齿折断
常发生于闭式硬齿面或开式传动中。
现象：①局部折断 ②整体折断
斜齿轮传动中，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，即使是直齿轮，也会发生 局部折断。
现象：节线靠近齿根部 位出现麻点状小坑。
(1)产生机理：
轮齿受力后，齿面接触处将产生循环变化的接触 应力，在接触应力反复作用下，轮齿表层或次表层出 现不规则的细线状疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果， 使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点 蚀，简称为点蚀 。
(2)现象
一般多出现在节线附近的齿根表面上，然后再向其 它部位扩展，这是因为在节线处同时啮合齿对数少，接 触应力大，且在节点处齿廓相对滑动速度小，油膜不易 形成，摩擦力大。
减速传动：i＞1 增速传动：i＜1
2、精度等级选择
GB规定：12个等级 1(高)→12(低) ——《公差》
每个等级分为 三个组
Ⅰ组：运动准确性 Ⅱ组：传动的平稳性 Ⅲ组：载荷分布均匀性
一般机械常用：7、8级
不同等级——不同的最高圆周速度
§10-1 概 述 齿轮传动概述1
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一， 其应用范围十分广泛，型式多样，传递功率可 高达数十万千瓦，圆周速度可达200m/s 。
直齿轮
齿宽b较小时，载荷易均布 —整体折断 齿宽b较大时，易偏载
—载荷集中在
斜齿轮：接触线倾斜
齿一端
——局部折断
折断位置：均始于齿根受拉应力一侧。
• 疲劳折断 原因：
• 过载折断
• 疲劳折断 ① 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉 一侧产生疲劳裂纹。
齿根弯曲 应力最大
② 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂 纹扩展→折断
原因
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；
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。 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）
后果 齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑， 传动不平稳，接触面↓，承载能力↓
第十章 齿轮传动
§10-1 概述 §10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 §10-3 齿轮的材料及其选择原则 §10-4 齿轮传动的计算载荷 §10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-6 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择 §10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 §10-8 标准锥齿轮传动的强度计算 §10-9 齿轮的结构设计 §10-10 齿轮传动的润滑
后果：正确齿形被破坏、传动不平稳, 齿厚减薄、 抗弯能力↓→折断
齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式之一。
改善措施： 改为闭式齿轮传动或加防尘罩。
3、齿面点蚀（齿面接触疲劳磨损）
点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。 所谓点蚀就是齿面材料在变化的接触应力作 用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。
常出现在润滑良好的闭 式软齿面传动中。
开式传动 低速传动，润滑条件差，易磨损； 半开式传动 装有简单的防护罩，但不能严密防止杂物侵入； 闭式传动 齿轮全封闭于箱体内，润滑良好，使用广泛。
3、按齿面硬度分
软齿面：HBS≤350或HRC≤38 ； 硬齿面：HBS＞350或HRC＞ 38。 4、按使用情况分：
动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低 速重载传动。 传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度 传动。
传动失效
开式传动：无点蚀（∵v磨损>v点蚀）
改善措施：
1）HB↑——[σH] ↑ 2）↑ρ（综合曲率半径）
↑接触强度
3）↓表面粗糙度，↑加工精度
4）↑润滑油粘度
4、齿面胶合——严重的粘着磨损
对于高速重载的齿轮传动（如航空发动机减速器 的主传动齿轮），齿面间的压力大，瞬间温度高，润 滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会 发生粘在一起的现象，由于此时两齿面又在作相对滑 动，相粘结的部位即被撕破，于是在齿面上沿相对滑 动的方向形成伤痕，称为胶合。传动时齿面瞬时温度 愈高、相对滑动速度愈大的地方，愈易发生胶合。
一、齿轮传动的主要特点：
优点：
1）效率高(一级圆柱齿轮传动 0.98～0.99)； 2）工作可靠，寿命长； 3）结构紧凑，外廓尺寸小； 4）瞬时i为常数。
1）制造费用大，需专用机床和设备； 缺点：
2）精度低时，振动、噪音大；
3）不适于中心距过大的场合。
二、齿轮传动的分类
1、按两轴线位置分
2、按工作条件分（失效形式不同）
• 过载折断
受冲击载荷或短时过载作用，突然折断或剪断， 尤其见于脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。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。
后果：传动失效
改善措施：
1）d一定时，m↑； 2）正变位；
齿根厚度↑
↑抗弯强度
3）提高齿面硬度(HB↑)→[σF]↑；
4）↑齿根过渡圆角半径； 5）↓表面粗糙度，↓加工损伤； ↓应力集中
齿轮传动有开式、半开式及闭式之分；有 低速、高速及轻载、重载之别；轮齿有较脆 或较韧，齿面有较硬或较软的差别等。由于 上述条件的不同，齿轮传动也就出现了不同 的失效形式。
§10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
典型机械零件设计思路：
分析失效现象 →失效机理（原因、后果、措施） →设计准则 →建立简化力学模型 →强度计算 →主要参数尺寸 →结构设计。