机械基础9.6齿轮材料与结构
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铸铁齿轮对润滑要求较低，多用于开式传动中。常用牌号有 HT250、HT300等。球墨铸铁有较好的力学性能，常用牌号 有QT500—5、QT600—2等。
三、精度等级的选择
齿轮精度分为1~12级。1级最高，12级最低。常用的是6～9级。
精度等级
直齿圆柱齿轮
圆周速度v m/s 斜齿圆柱齿轮 直齿圆锥齿轮
2）正火 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能。正 火后硬度可达170～217HBW。
使配对的大小齿轮寿命相当，小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬 度高出30～50HBS。
（2）硬齿面齿轮（齿面硬度>350HBW） 1）表面淬火 中碳钢及中碳合金钢，如45钢、40Cr、35SiMn等制造的
齿轮，经表面淬火后齿面硬度可达40～55HRC。
4. 齿面胶合
在高速重载传动 中，常因啮合区 温度升高而引起 润滑失效，致使 两齿面金属直接 接触并相互粘连， 当两齿面相对运 动时，较软的齿 面沿滑动方向被 撕下而形成沟纹， 这种现象称为齿 面胶合。
防止办法:采用粘度大或有抗胶合添加剂的润滑油，提高齿面硬度、改善齿面粗糙 度，配对齿轮采用不同的材料，对于高速重载传动还要加强散热措施。
2．溅油润滑 在多级齿轮传动中，可以采用带油轮将油溅到未浸入油池 内的齿轮齿面上。带油齿轮可将油甩到齿轮箱壁上有利于齿 轮传动的散热。
3.喷油润
齿轮圆周速度速度大，齿轮搅油剧烈，不宜采用浸油润滑或飞 溅润滑时，应采用喷油润滑。
讨论题:已知一标准直齿外啮合圆柱齿轮的齿数z1=25， 测得该齿轮的齿顶圆直径为135mm，要求为之配制一
3. 齿面磨损
在齿轮传动中，当齿面间落入尘土、铁屑、砂粒等物质，齿面便被逐渐 磨损，这种磨损称为齿面磨粒磨损。
磨粒磨损会破坏正确 齿形，引起附加动载 荷和噪声，致使轮齿 失效，磨损使齿厚磨 薄后会造成轮齿折断。 磨粒磨损是开式传动 的主要失效形式。
防止办法:采用闭式传动，保持良好清洁的润滑，提高齿面硬 度。
9.6 齿轮传动的失效形式、常用材料与结构
一、齿轮轮齿的失效形式 1．轮齿折断
轮齿受力时存在有应力集中，在正常情况下，主要为弯曲疲劳折断。在多次重复 载荷作用下，齿根圆角处会产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大导致疲劳断齿，这种折 断称为弯曲疲劳折断。 由于短时过载和意外冲击，致使轮齿突然折断，这种折断称为过载折断。
2）表面渗碳淬火 对重载、受冲击较大的重要齿轮，可采用韧性好的低
碳合金钢，如20Cr、20CrMnTi等制造，并进行表面渗碳淬火。渗碳淬火后， 齿面硬度可达56～62HRC，而齿芯仍保持较高的韧性，故可承受较大的冲 击载荷。
3）渗氮 渗氮是一种化学热处理方法，常用的渗氮钢有38CrMoAlA、
35CrAlA等。渗氮后，齿面硬度可达65HRC以上， 渗氮处理的硬化层很薄，承受冲击载荷时硬化层容易碎裂，而且也不宜用于 有剧烈磨损的场合。
防止弯曲疲劳折断的办法是，保证轮齿弯曲疲劳强度，加大齿根圆角以 缓和应力集中，防止过载折断的办法是，禁止过载使用。
2. 齿面点蚀
轮齿工作时，其工作表面上的接触应力是按脉动循环变化的。齿面长时间 在这种交变应力作用下，可能出现微小的剥落而形成一些疲劳浅坑（麻 点），这种现象称为疲劳点蚀。
疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处，在闭式传动中，软齿面（齿面硬 度≤350HBW）的齿轮常因齿面疲劳点蚀而破坏。 防止办法：限制齿面的接触应力，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度，采用 粘度高的润滑油及适宜的添加剂。
2.铸。
，宜采用铸钢或铸铁铸造毛坯，常用轮辐式
五、齿轮传动的润滑
齿轮传动的润滑，可以减轻磨损、减少摩擦损失、降低噪声、散热和防锈。
1.浸油润滑：
当齿轮圆周速度时，通常将大齿轮浸入油池中进行润滑，浸油齿轮可将油甩 到齿轮箱壁上，有利于散热。大齿轮浸入油中的深度约为1个齿高，但不应 小于10mm。 浸入油中过深也会增大齿轮运转阻力并使油温升高。在多级齿轮传动中，可 以采用带油轮将油带到未浸入油池内的齿轮齿面上。
2.铸钢
对于直径较大（齿顶圆直径da≥400～600mm）、结构形状 较复杂而不易锻造的齿轮常用铸钢制造，牌号有ZG310—570、 ZG340—640等。铸钢齿轮的毛坯一般需经正火处理。
3.铸铁
灰铸铁具有较好的减摩性和加工性能，且价格低廉。强度 较低、抗冲击能力较差。
只适用于低速、轻载和无冲击的场合。
四、齿轮的结构
齿轮的结构形式与齿轮的尺寸大小、毛坯材料及加工方法等因素有关，一 般先按齿轮的直径大小、选定合适的结构形式，再根据经验公式，完成结 构设计。按照毛坯制造方法不同，齿轮结构分为锻造齿轮和铸造齿轮。
1.锻造齿轮 （1）齿轮轴
当齿轮齿根圆直径与轴的直径相差较小时，通常将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴。
应用
6级
≤15
≤25
高速重载的齿轮传动，如飞机、
≤9
汽车和机床制造中的重要齿轮；
分度机构的齿轮传动
7级
≤10
≤17
8级
≤5
≤10
9级
≤3
≤3.5
≤6
≤3 ≤2.5
高速中载或中速重载的齿轮传 动，如标准系列减速箱中的齿 轮，汽车和机床制造中的齿轮
机械制造中对精度无特殊要求 的齿轮
低速及对精度要求低的传动
5. 齿面塑性变形
在启动频繁或重载传动中，齿面材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变 形，软齿面形成凹坑，硬齿面产生凸包，破坏正确齿形。
防止办法有：提高齿面硬度、降低工作应力，减少载荷集中等。
二、齿轮常用材料
1.锻钢
（1）软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBW） 这类齿轮的热处理 方法是调质或正火。
1）调质 调质是在淬火后进行高温回火，通常用于45钢、 40Cr、35SiMn等中碳钢或中碳合金钢制造的齿轮。调质后， 材料的综合性能良好，硬度一般可达200～250HBW，齿轮尺 寸较小时可达280HBW以上。
x 2 ~ 2.5mn
x 1.6 ~ 2m
（2）实体式齿轮
齿根圆直径比轴的直径大出两倍齿高，且齿顶圆直径 d a 160 mm ，一般可制成
实体式齿轮 。
（3）腹板式齿轮
齿根圆直径比轴的直径大出两倍齿高，且齿顶圆直径 da=(160~500)m，m一般可 制成腹板式齿轮。为减轻重量，往往在腹板上开一些圆孔。
三、精度等级的选择
齿轮精度分为1~12级。1级最高，12级最低。常用的是6～9级。
精度等级
直齿圆柱齿轮
圆周速度v m/s 斜齿圆柱齿轮 直齿圆锥齿轮
2）正火 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能。正 火后硬度可达170～217HBW。
使配对的大小齿轮寿命相当，小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬 度高出30～50HBS。
（2）硬齿面齿轮（齿面硬度>350HBW） 1）表面淬火 中碳钢及中碳合金钢，如45钢、40Cr、35SiMn等制造的
齿轮，经表面淬火后齿面硬度可达40～55HRC。
4. 齿面胶合
在高速重载传动 中，常因啮合区 温度升高而引起 润滑失效，致使 两齿面金属直接 接触并相互粘连， 当两齿面相对运 动时，较软的齿 面沿滑动方向被 撕下而形成沟纹， 这种现象称为齿 面胶合。
防止办法:采用粘度大或有抗胶合添加剂的润滑油，提高齿面硬度、改善齿面粗糙 度，配对齿轮采用不同的材料，对于高速重载传动还要加强散热措施。
2．溅油润滑 在多级齿轮传动中，可以采用带油轮将油溅到未浸入油池 内的齿轮齿面上。带油齿轮可将油甩到齿轮箱壁上有利于齿 轮传动的散热。
3.喷油润
齿轮圆周速度速度大，齿轮搅油剧烈，不宜采用浸油润滑或飞 溅润滑时，应采用喷油润滑。
讨论题:已知一标准直齿外啮合圆柱齿轮的齿数z1=25， 测得该齿轮的齿顶圆直径为135mm，要求为之配制一
3. 齿面磨损
在齿轮传动中，当齿面间落入尘土、铁屑、砂粒等物质，齿面便被逐渐 磨损，这种磨损称为齿面磨粒磨损。
磨粒磨损会破坏正确 齿形，引起附加动载 荷和噪声，致使轮齿 失效，磨损使齿厚磨 薄后会造成轮齿折断。 磨粒磨损是开式传动 的主要失效形式。
防止办法:采用闭式传动，保持良好清洁的润滑，提高齿面硬 度。
9.6 齿轮传动的失效形式、常用材料与结构
一、齿轮轮齿的失效形式 1．轮齿折断
轮齿受力时存在有应力集中，在正常情况下，主要为弯曲疲劳折断。在多次重复 载荷作用下，齿根圆角处会产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大导致疲劳断齿，这种折 断称为弯曲疲劳折断。 由于短时过载和意外冲击，致使轮齿突然折断，这种折断称为过载折断。
2）表面渗碳淬火 对重载、受冲击较大的重要齿轮，可采用韧性好的低
碳合金钢，如20Cr、20CrMnTi等制造，并进行表面渗碳淬火。渗碳淬火后， 齿面硬度可达56～62HRC，而齿芯仍保持较高的韧性，故可承受较大的冲 击载荷。
3）渗氮 渗氮是一种化学热处理方法，常用的渗氮钢有38CrMoAlA、
35CrAlA等。渗氮后，齿面硬度可达65HRC以上， 渗氮处理的硬化层很薄，承受冲击载荷时硬化层容易碎裂，而且也不宜用于 有剧烈磨损的场合。
防止弯曲疲劳折断的办法是，保证轮齿弯曲疲劳强度，加大齿根圆角以 缓和应力集中，防止过载折断的办法是，禁止过载使用。
2. 齿面点蚀
轮齿工作时，其工作表面上的接触应力是按脉动循环变化的。齿面长时间 在这种交变应力作用下，可能出现微小的剥落而形成一些疲劳浅坑（麻 点），这种现象称为疲劳点蚀。
疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处，在闭式传动中，软齿面（齿面硬 度≤350HBW）的齿轮常因齿面疲劳点蚀而破坏。 防止办法：限制齿面的接触应力，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度，采用 粘度高的润滑油及适宜的添加剂。
2.铸。
，宜采用铸钢或铸铁铸造毛坯，常用轮辐式
五、齿轮传动的润滑
齿轮传动的润滑，可以减轻磨损、减少摩擦损失、降低噪声、散热和防锈。
1.浸油润滑：
当齿轮圆周速度时，通常将大齿轮浸入油池中进行润滑，浸油齿轮可将油甩 到齿轮箱壁上，有利于散热。大齿轮浸入油中的深度约为1个齿高，但不应 小于10mm。 浸入油中过深也会增大齿轮运转阻力并使油温升高。在多级齿轮传动中，可 以采用带油轮将油带到未浸入油池内的齿轮齿面上。
2.铸钢
对于直径较大（齿顶圆直径da≥400～600mm）、结构形状 较复杂而不易锻造的齿轮常用铸钢制造，牌号有ZG310—570、 ZG340—640等。铸钢齿轮的毛坯一般需经正火处理。
3.铸铁
灰铸铁具有较好的减摩性和加工性能，且价格低廉。强度 较低、抗冲击能力较差。
只适用于低速、轻载和无冲击的场合。
四、齿轮的结构
齿轮的结构形式与齿轮的尺寸大小、毛坯材料及加工方法等因素有关，一 般先按齿轮的直径大小、选定合适的结构形式，再根据经验公式，完成结 构设计。按照毛坯制造方法不同，齿轮结构分为锻造齿轮和铸造齿轮。
1.锻造齿轮 （1）齿轮轴
当齿轮齿根圆直径与轴的直径相差较小时，通常将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴。
应用
6级
≤15
≤25
高速重载的齿轮传动，如飞机、
≤9
汽车和机床制造中的重要齿轮；
分度机构的齿轮传动
7级
≤10
≤17
8级
≤5
≤10
9级
≤3
≤3.5
≤6
≤3 ≤2.5
高速中载或中速重载的齿轮传 动，如标准系列减速箱中的齿 轮，汽车和机床制造中的齿轮
机械制造中对精度无特殊要求 的齿轮
低速及对精度要求低的传动
5. 齿面塑性变形
在启动频繁或重载传动中，齿面材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变 形，软齿面形成凹坑，硬齿面产生凸包，破坏正确齿形。
防止办法有：提高齿面硬度、降低工作应力，减少载荷集中等。
二、齿轮常用材料
1.锻钢
（1）软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBW） 这类齿轮的热处理 方法是调质或正火。
1）调质 调质是在淬火后进行高温回火，通常用于45钢、 40Cr、35SiMn等中碳钢或中碳合金钢制造的齿轮。调质后， 材料的综合性能良好，硬度一般可达200～250HBW，齿轮尺 寸较小时可达280HBW以上。
x 2 ~ 2.5mn
x 1.6 ~ 2m
（2）实体式齿轮
齿根圆直径比轴的直径大出两倍齿高，且齿顶圆直径 d a 160 mm ，一般可制成
实体式齿轮 。
（3）腹板式齿轮
齿根圆直径比轴的直径大出两倍齿高，且齿顶圆直径 da=(160~500)m，m一般可 制成腹板式齿轮。为减轻重量，往往在腹板上开一些圆孔。