最新机械设计课件第10章齿轮传动

45 40Cr
中国地质大学专用
调质后表 面淬火
217~255 40~50HRC 241~286 48~55HRC
作者： 潘存云教授
续表10-1 常用齿轮材料及其机械性能
材料牌号 热处理方法 强度极限 屈服极限 硬度 HBS σB / MPa σS / MPa 齿芯部 齿面
ZG340~640
700
380
潘存云教授研制
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
一、轮齿的失效形式
轮齿折断
主动齿
齿面点蚀
潘存云教授研制
失效形式
齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形
从动齿
表面凸出
表面凹陷
潘存云教授研制
潘存云教授研制
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
塑性变形
塑性变形：齿面材料因屈服产生 塑性流动而形成齿面塑性变形 。
产生原因：
①齿面太软；
②载荷太大。
防止措施：
①提高齿面硬度； ②提高油的粘度。
表面凸出
潘存云教授研制
潘存云教授研制
潘存云教授研制
表面凹陷
小结：一对实际啮合齿轮不可能同时产生以上5种失效形式 ，在具体工作条件下，主要以以上5种失效形式的一种或 两种。主要失效形式： 开式传动：齿面磨损、轮齿折断； 闭式传动：软齿面（HBS≤350）钢齿，点蚀； 硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。 高速重载：胶合 重载软齿：塑性变形
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
失效形式
齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 跑合磨损 磨粒磨损 跑合磨损、磨粒磨损。
潘存云教授研制
中国地质大学专用
潘存云教授研制 作者： 潘存云教授
齿面磨损
磨料磨损和跑合磨损 磨料磨损是开式齿轮传动的主要失
效形式。 产生原因：砂粒、金属微粒进入啮
合齿面，产生磨料磨损。 防止或改善措施： ①增大齿面硬度； ②采用闭式传动或加防护罩； ③改善润滑条件。
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
1、设计准则
防止点蚀：接触疲劳强度准则，σH≤[σH]； 防止折断：齿根弯曲疲劳强度准则， σF≤[σF]。
2、计算特点
（1）闭式软齿面钢齿：以接触疲劳强度准则为主； （2）闭式硬齿面钢齿或铸铁：以弯曲疲劳强度准则为
主； （3）开式传动：以弯曲疲劳强度准则为主，考虑磨损
可改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。
锻钢
含碳量为0.15 % ~0.6%的碳素钢或合金。 一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。
常用齿 轮材料
中国地质大学专用
铸钢 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。
铸铁
常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿 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。 作者： 潘存云教授
HT250百度文库
250
170~241
HT300
300
187~255
HT350
350
197~269
QT500-5
500
147~241
QT600-2 ZG310-570
常化
600 580 320
2潘2存云9教~授3研0制2 156~217
ZG340-640
650 350
169~229
45
580 290
162~217
闭式传动 全封闭、润滑良好、适于重要应用。
中国地质大学专用
按使用 情况分
按齿面 硬度分
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。 硬齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）
软齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）
作者： 潘存云教授
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
产生原因：温度过高，引起油膜破裂
热胶合：高速重载，齿面间摩擦力， 发热量大；
冷胶合：低速重载，速度过低，不易 产生油膜。
防止或改善措施：
①对于低速重载，可提高油的粘度
②对高速重载，可采用抗胶合能力强 的油；
③采用抗胶合能力强的材料及合理配 对齿轮；
④提高齿面硬度。
潘存云教授研制
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
241~269
45 30CrMnSi
调质
650
360
1100
900
217~255 310~360
35SiMn
750
450
2潘1存7云~教2授研6制9
38SiMnMo
700 550
217~269
40Cr
700 500
241~286
20Cr
650 400
300
20CrMnTi
1100 850 300
渗碳后淬火
二、齿轮的设计准则 ▲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
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
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
齿面点蚀 失效形式 齿面胶合
潘存云教授研制
高速重载传动中，常因啮合区温 度升高而引起润滑失效，致使齿 面金属直接接触而相互粘连。当 齿面向对滑动时，较软的齿面沿 滑动方向被撕下而形成沟纹。
中国地质大学专用
作者： 潘存云教授
齿面胶合
胶合：相啮合齿面的金属，在一定压 力下直接接触而相互粘连。当齿面 相对滑动时，较软的齿面沿滑动方 向被撕下而形成沟纹。
机械设计课件第10章齿轮传动
§10-1 概述
作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。
要求： 运转平稳、足够的承载能力。
按类 型分
直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传 锥齿轮传动 人字齿轮传动
开式传动 裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。
分 类
按装置 型式分
半开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润 滑得到改善、适于非重要应用；
常用材料
（1）钢：45、40Cr、40CrNi、ZG310─570、ZG340— 640等。
（2）铸铁：HT250、HT300、HT350、QT500—5、 QT600—2、ZG310-570
（3）非金属材料：例如夹布塑胶、尼龙等。
表10-1 常用齿轮材料及其机械性能
材料牌号 热处理方法 强度极限 屈服极限 硬度 HBS σB / MPa σS / MPa 齿芯部 齿面
的影响适当增大模数。（10～15%）
3、计算理论
弯曲疲劳强度：悬臂梁理论 接触疲劳强度：Hertz（赫芝）理论
§10-3 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