第四章 齿轮传动

§4－1 齿轮传动概述

§4－2 齿轮传动的失效形式及设计准则§4－3齿轮常用材料及许用应力

§4－4齿轮传动的计算载荷

§4－5标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算§4－6标准斜齿圆柱齿轮传动

§4－7直齿圆锥齿轮传动

§4－8齿轮的结构设计

§4－9齿轮传动的润滑

1、优点：速比精确、传动平稳、承载能力大、适用范围广、效率高98～99.5%、

寿命长、结构紧凑。

功率：最大可达1×105KW ；速度：最大可达300m/s 尺寸：D——33m 适用场合：广泛

2、缺点：需要专门的加工设备；轴间距较大时需多级传动

§4－1 齿轮传动概述

一、齿轮传动的优缺点

1、按工作条件分：开式：敞开，润滑不良、易磨损；

半开式：防护罩，润滑、密封不完善；

闭

式：封闭箱体，润滑密封好。

二、分类:

2、按两轴线位置分类

传动准确、平稳

足够的承载能力和预期的寿命----与尺寸、材料、结构…有关

-----本门课程解决的问题

要有合适的轮廓曲线----原理课适当的制造精度-----工艺课

四、基本要求

齿数Z ；模数m ；压力角α；分度圆d ；系数传动比i ；齿宽b ；中心距a ；齿数比u=Z 大/Z 小

三、基本参数

一、失效形式：

1、轮齿折断(1)部位：根部

受周期性弯曲变应力

单向传动：脉动变应力双向传动：对称变应力

§4－2 齿轮传动的失效形式及计算准则

Fn

(2)类型及原因

①疲劳折断（闭式硬齿面）变应力、应力集中。

②过载折断：过载折断、冲击、磨损。

①齿根整体折断——直齿，b较小时

②局部折断——斜齿，制造、安装误差或偏载，b较大时

(3)防止措施：齿根弯曲应力小于许用值

①减小应力集中

②根部强化处理

③增大支承刚度

④增加轮齿芯部韧性

⑤安装精度及支承刚性，避免轮齿偏载

2、齿面点蚀

闭式、润滑良好

（1）部位：节线处靠近根部

（2）原因：

①一对齿啮合

②相对滑动速度低、不易形成油膜（3）防止措施：齿面疲劳强度计算

①合理润滑

②提高齿面硬度

主动

从动

3、齿面磨损

（1）部位：工作面（2）原因：

①润滑不良、②磨料落入工作面

（3）防止措施：

①改开式为闭式②改善润滑条件

③提高齿面硬度和光洁度

4、齿面胶合

高速、重载、润滑不良

（1）部位：齿面沿相对滑动方向，胶合线

（2）原因：

①瞬时温度高，产生“咬焊”，

并沿相对滑动方向撕破

②冷胶合：低速、重载的重型

齿轮传动

（3）防止措施：

采用抗胶合油，加极压添加剂

主动

轮

从动轮

5、塑性变形

（1）类型

①滚压塑变：摩擦力作用，沿动速度方向产生塑性变形②锤击塑变：过大冲击产生塑性变形

（2）防止措施

①提高齿面硬度和光洁度②采用高屈服极限材料

二、计算准则：

闭式传动：

①软齿面组合（软硬齿面组合）HBS≤350

按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核。注意：硬度差ΔHBS =30∼50

②硬齿面组合：HBS＞350

按齿根弯曲疲劳强度设计，按齿面接触疲劳强度校核。

开式（半开式）传动：

磨损后轮齿折断，不会发生齿面点蚀，

仅按齿根弯曲疲劳强度计算，适当增大模数。

§4－3齿轮常用材料及许用应力

一、齿轮对材料的要求：

在保证强度的前提下，使其能够得到给定的精度和表面质量

1、足够的硬度（承载能力；抗点蚀能力、抗胶合能力增加。但脆易折断。）

2、足够的强度和韧性（保证一定的寿命和抗冲击性）。

3、良好的加工工艺性和热处理性

4、经济性

二、齿轮材料的选择原则

（1）不同的工作条件选用不同的齿轮材料

（2）应考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型方式及热处理和制造工艺

（3）正火碳钢用于载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮；

调质钢用于中等冲击载荷下工作的齿轮

（4）合金钢用于高速、重载及在冲击载荷下工作的齿轮。

（5）钢制软齿面齿轮要求HBS

1=HBS

2

+（30~50）

三、常用材料及热处理

硬齿面(HB ＞350)精度5~4级

整体淬火渗碳淬火

变形大—磨齿齿面淬火高频低频淬火变形小

氰化处理氮化处理不加热,硬化层薄

软齿面(HB ≤350)精度7~8级

正火调质

中碳钢

低碳钢(45＃,40cr,35)(20＃,20cr,15)

铸钢铸铁非金属用于大件

轻载

低速，开式

锻钢

•齿轮的许用应力是根据试验齿轮在一定试验条件下得到的疲劳极限确定的；σ1im （F 、H)---特定参数的试验齿轮，失效概率为1%时的齿轮材料的疲劳极限。•当设计齿轮的工作条件与试验条件不同时，需加以修正。

四、齿轮材料的许用应力

MPa

Z S N H H H lim

lim

][σσ=

1、齿面接触疲劳许用应力

S Hlim －最小安全系数，查表4-3。

Z N －寿命系数，查图4-8a 。与齿轮的应力循环次数N 有关。N=60γnt h ，

式中：n---齿轮的转速(r/min)；γ---齿轮每转一周同侧齿廓啮合次数；t h ----齿轮的工作时间（小时）。