圆柱齿轮传动的可靠性优化设计
圆柱齿轮减速器可靠性优化设计与实体造型
Ｋ ｅ ｒ ｓ ｙ ｉ ｄ ｒ ｇ ａ ｐ ｅ ｅ ｕ ｅ ；ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ；ｓ ｌ ｏ ｅ ｉ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃ ｌ ｅ ｅ ｒ ｓ ｅ ｄ ｒ ｄ ｃ ｒ ｅ ｉ ｉ ｔ ；ｏ ｔ ｎ ａ ｉ ｍｉ ａｉ ｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｍ ｄ ｌ ； ｏ ｄ ｎ
收 稿 日期 ：２０ —０２ ０ ９ １—７
ｍｏ ｅ ｆｓｎ ｌ— ｒ ｄ ｅ ｉ ａ ｅ ｒｓ ｅ ｄ ｒ ｄ ｃ ｒｉ ｕ ｌ ｔ ｅ ｅｍ ｉ ｅ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓｏ ｅ ｇ ａ ｄ ｌ ｉ ｇ ｅ ｇ ａ ｅ ｈ ｌ ｌ ａ ｐ ｅ ｅ ｕ ｅ ｂ ｉ ｏ ｄ ｔ ｒ ｎ ｈ ａ ａ ｔ ｒ ｆ ｈ ｅ ｒ ｏ ｃ ｇ ｓ ｔ ｔ ｍｅ ｈ ｉｍ． ｈ ｏ ｉ ｏ ｅ ｆｔ ｅ ｇ ａ ｐ ｅ ｅ ｕ ｅ ｓａ ｌ ｈ ｄ ｂ ｅ Ｓ ｌ Ｗ ｏ ｋ ｏ ｔ ｒ ｃ ａ ｓ Ｔ ｅ ｓ ｌ ｍ ｄ ｌ ｅ ｒｓ ｅ ｄ ｒ ｄ ｃ ｒｉ ｅ ｔｂ ｉ ｅ ｙ ｔ ｏ ｉ ｎ ｄ ｏ ｈ ｓ ｓ ｈ ｄ ｒ ｓｓ ｆ ｗａ ｅ
ａ ｐｙｎ ｈ ｃ ａ ｉａ ｏ ｔ ｚｔ ｎ ｄ ｓ ｎ ｔｅ ｒ， ｌ—ｂｅｔ ｅｒｌ ｂｌｙ ｏ ｔ ｚｔ ｎ ｐ ｌｉ ｔｅ ｍｅｈ ｎｃｌ ｐｉ ａｉ ｅｉ ｏｙ ａ ｍｕｔ ｏｊｃ ｖ ｅ ａ ｉｔ ｐｉ ａ ｏ ｇ ｍｉ ｏ ｇ ｈ ｉ ｉ ｉ ｉ ｍｉ ｉ
摘 要：考虑应 力和强度 的随机性 ， 运用机械优化设计理论 ， 按给定的可靠度作为 齿面接触和齿根 弯曲疲劳强度约束条件 ， 建立单级斜齿 圆柱齿轮减速器多目标可靠性优化设 计数学模型，以确定齿轮传动参数。应用 Ｓ ｌ Ｗｏｋ ｏ ｄ ｒｓ软件进行减速器实体造型设计并利用 ｉ
Ｃ Ｓ Ｓ ｔｎ Ｏ ＭＯ Ｍｏ ｏ 插件 实现 了运动仿真，探讨 了减速 器计算机辅助设计 实用可行的新方法。 ｉ 关 键 词：圆柱齿轮减速器；可靠性；优化设计；实体造型；运动仿真
基于蚁群算法的直齿圆柱齿轮传动优化设计
短， 那么 ， 渐渐地更多的蚂蚁被吸引到这条较短的路径上来 。 最后 ， 经过 段时间运行 ， 可能会出现一条最短 的路径被大多数蚂蚁重复行走 着。 因此 ，由大量蚂蚁组成的群体 的集体行为实际上构成一种获取信息的 正反馈现象： 某一条路径上走过 的蚂蚁越多 即留下的分泌物越多 ， 蚂蚁 选择这条路径 的概率就越大。蚂蚁 的个体间就是通过这种信息的交 流 寻求通向食 物的最短路径。 蚁群算法就是根据这一现象 ， 模拟 了其优化 机制 ， 即通过个体之间信息的交流与相互协作最终找到最优解 。 蚁群算法具有智能搜索 、 全局优化 、 健性 、 稳 正反馈 、 分布式计算 、 易与其它算法结合等特点 ，特别是对 函数优化 问题的数学模型没有 具 体要求 ， 只要 能够 数学建模 ， 就可以正确求解 ， 而且寻优效果显 著。因 此， 蚁群算法为诸多领域解决 复杂化问题提供 了强有力的运算工具 。 ２函数优化的蚁群算法的过程及其数学模型 ． 根据 Ｍａ．Ｄ ｒ ｏ ｒｏ ｏｉ 等人提出的蚂蚁群体优化 的元启发式规则 ， ｃ ｇ 函数 优化问题的蚁群算法过程为以下四个阶段 ： ） （ 算法没有满足约束条件（ １ 包 括算法取得最优解 、 循环次数达到最大值 、 解在某循环次数 内改进） ， 时 选择蚂蚁下一条路径 ； ） （ 信息激素浓度 的挥发 ， ２ 计算蚂蚁走过的路线的 长度 ； ） （ 根据群体蚂蚁 的全局信息更新信息激素 ， ３ 主要完成单个蚂蚁无 法完成的任务； １ ｆ满足约束条件 ， ４ 结束任务。 在工程实践中， 许多优化 问题都带有一定 的约束 条件 ， 此类问题 对 的处理最终可归结 为对一个带 有约束条件 函数 的优化 。假定 函数优化
１蚁 群 算 法原 理
蚁群算法是 Ｍ ｒ ｏ ｇ 等人 通过对 自然界中蚂蚁群体集体行为 ａ ｏ ｒｏ ｃＤ ｉ 的研究而提出的一种基于种群 的模拟化和随机搜索算法。大量 实践观 察及研究表明，自然界 蚂蚁在 自己行走 的路途中会留下一种挥 发性 的 分泌物 ， 称之为信息激素， 而其后面的蚂蚁是根据前面蚂蚁走 过时留下 的分泌物即信息量的多少来选择前进的路径 。 具体来说 ， 各个蚂蚁在没 有事先告诉他们食物在什么地方 的前提下开始寻找食物 ，当一只蚂蚁
斜齿圆柱齿轮减速器的优化设计
优化 值
２ ２２ ． ５
２ ３ ｌ３ ２ ３ １
ｌ ｍｍ ） （
（ ）依 据 满足 齿面 接触 强度条 件 口 ≤ ］ 有 ： ６ Ⅳ Ｈ，
ｍＨ （ ３ ｍｍ ）
Ｚ１
（ Ｍ ．√ ・ ≥。 蛐 Ｚ馨 。 ￡ 孙 Ｍ 。Ｅ ・ ≥。 （ 州 ．馨 。 Ｚ 。 √
１ ５ ，—ｉ ・ ２有 ： ． ）２ｉ ｌ ｉ，
ｇ。 ） （ ）一 １ １≥ ０ 。 （ 一 ： ．ｉ ｇ１（ 一 １ ５ － （ ≥ Ｏ ０ Ｘ） ． ｉ Ｌ２ ）
为４ ５钢调 质 ， Ｈ＝ ４ ａ ［］一１ ７ＭＰ ， ［］ ＝５ ０ＭＰ ，盯Ｆ ６ ａ 取齿 ＝ 面 接 触 疲 劳 强 度 计 算 时 的 齿 间 载 荷 分 配 系 数 ＫⅣ 一 １ ４ 取 齿根 弯 曲疲劳 强度计 算 时 的齿问 载荷分 配 系数 ．，
试设 计两 级 斜齿 圆柱齿 轮减 速 器 ，输入 功 率Ｐ一
ｇ （ ） Ｊ 一 ≥０ 。 ｓ 一面Ｏ７ ．ｃ
４ ５ｋ ， 速 ＝９ ０ｒ ｍｉ ， 动 比 ０ 齿 轮材 料 ． Ｗ 转 ６ ／ ｎ 传 一２ ，
（ ）为确 保 齿 轮 传 动 润 滑 条 件 ， 使 一 （ ． ～ ４ 应 １１
其 中 ： Ⅲ。 ［ ］ 分别 为 Ｚ 和 Ｚ 、 。 Ｚ 的接触 疲 ［ ］ 、 ｍ Ｚ 和 劳许 用 应力 ； 为材 料弹 性影 响系 数 ； 为 载荷 系数 ； ｚ Ｋ Ｚ Ⅲ、Ｚ ｍ、Ｚ Ｚ Ｔ 分别 为一 、二级 斜齿 轮传 小 、７。 动 的节 点 啮合 系数 口 、接触 强度 重合 度 系数 以及传 递 的转矩 。
一
理。 经
优
化
后
的
最
优
解
二级圆锥圆柱齿轮减速器设计
二级圆锥圆柱齿轮减速器设计引言二级圆锥圆柱齿轮减速器是一种常用的机械传动装置，广泛应用于各种领域。
本文将详细探讨二级圆锥圆柱齿轮减速器的设计原理、结构和性能优化。
设计原理二级圆锥圆柱齿轮减速器是由两级齿轮传动组成，第一级为圆柱齿轮传动，第二级为圆锥齿轮传动。
其工作原理是通过两级齿轮的啮合传递转矩和速度，实现输入轴与输出轴之间的减速或增速。
结构组成二级圆锥圆柱齿轮减速器主要由输入轴、输出轴、圆柱齿轮、圆锥齿轮、轴承、密封件等组成。
输入轴输入轴是将外部动力传递到减速器内部的部件，通常通过联轴器与外部电机或发动机连接。
输出轴输出轴是将减速器内部传递过来的动力输出到机械设备的部件，可以根据实际需要设计成不同形式的轴。
圆柱齿轮圆柱齿轮是第一级传动中的主动齿轮，通常由多个齿轮组成齿轮组。
其参数包括模数、齿数、齿轮宽度等。
圆锥齿轮圆锥齿轮是第二级传动中的主动齿轮，通常由多个齿轮组成齿轮组。
其参数包括模数、齿数、齿轮宽度等。
轴承轴承是支撑齿轮转动并承受轴向和径向力的部件，包括滚动轴承和滑动轴承两种类型。
密封件密封件用于确保减速器内部润滑剂不外泄，并防止灰尘和杂质进入减速器内部。
性能优化为了提高二级圆锥圆柱齿轮减速器的性能，可以从以下几个方面进行优化。
齿轮材料合适的齿轮材料可以提高齿轮的强度和耐磨性，常用的材料有合金钢、硬质合金等。
根据传动功率和速度要求，选择合适的材料。
齿轮几何参数通过优化齿轮的几何参数，如齿数、齿轮宽度等，可以减小齿轮啮合时的噪声和振动，并提高传动效率。
润滑方式合适的润滑方式可以降低齿轮传动中的摩擦损失，提高传动效率和寿命。
常用的润滑方式有油浸润滑、油喷润滑等。
设计可靠性通过合理的设计和制造工艺，提高减速器的可靠性和稳定性，减少故障发生的概率和维修成本。
设计实例以下是一个二级圆锥圆柱齿轮减速器的设计实例。
第一级设计1.确定输入轴和输出轴的位置和布置方式。
2.根据传动比和运行功率，确定第一级圆柱齿轮的参数。
圆柱齿轮传动磨损可靠性优化设计_韩翔
具有模糊可靠度约束的装载机差速器的模糊优化设计
2003 年
( 南华大学机械学院, 湖南 衡阳 421001) 彭如恕 林国湘
摘要 在充分考虑了装载机差速器各种设计参数模糊性和随机性的基础上, 结合传统的优化设计 方法, 探讨了具有模糊可靠度约束的装载机差速器的模糊优化设计的方法。
关键词 装载机差速器 模糊可靠性 模糊优化
( 1)
式中
KA ) ) ) 使用系数 KV ) ) ) 动载系数 KFB ) ) ) 弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 Ft ) ) ) 端面内分度圆周上的平均名义切向力 YFA) ) ) 载荷作用于齿顶时的齿形系数 YSA ) ) ) 载荷作用于齿顶时的应力修正系数 b ) ) ) 齿宽 m ) ) ) 中点模数 5R ) ) ) 齿宽系数
( 3) 用混沌变量进行粗略迭代搜索
令 xi ( k ) = xci , n+ 1, 用 fmincon 函数计算优化解 f i ( k ) , 令 xi * ( 1) = x 1, f i * ( 1) = f 1。if f i ( k ) [ f 1 then f 1
= f i ( k ) , x 1= xi ( k ) , else f i ( k ) > f 1, then 放弃 x i ( k ) ,
第 27 卷 第 5 期
圆柱齿轮传动磨损可靠性优化设计
25
另据经验有 m [ 6mm
2[ m[ 6
( 6)
º 小齿轮齿数的约束 z lim \17, 依据经验又有 z [ 40, 亦即
17 [ z 1 [ 40
( 7)
»
齿宽系数
7d =
b 的约束 d1
0. 65 [
浅谈渐开线直齿圆柱齿轮修形的优化方案
浅谈渐开线直齿圆柱齿轮修形的优化方案齿轮传动是机械传动中重要的传动之一，而实际齿轮的传动往往受到齿轮失效因素的影响，因此提出齿轮齿廓修形来减小齿轮变形对传动产生的影响。
国内外不少学者对齿轮齿廓修形进行了大量研究，Muthusamy Nataraj利用ANSYS软件建立啮合齿轮，并分析齿轮修形前后的应力变化及分布；国内的杨延力、周志峰等人详细地给出了齿轮齿廓修形参数的计算方法；孙建国基于有限元计算齿轮修形对啮入冲击的影响。
上述研究虽然提出了齿轮修形参数的确定方法，但是没有考虑实际状况造成齿轮的传递误差对修形参数的影响。
而在实际应用中，传动齿轮由于振动而引起疲劳断裂的可能性会急剧增加，严重危及了传动齿轮的寿命。
故本文以齿轮齿廓修形为基础，采用遗传算法，以减小齿轮传动误差波动为目标，优化齿轮修形参数，并应用ANSYS软件对优化前后齿轮分析和验证。
1 渐开线齿轮修形参数齿轮齿廓修形的具体操作方法就是把原来的渐开线齿廓在接近齿根圆角或者齿顶的地方修去很小一部分，使其偏离理论齿廓。
该修形可减轻主动轮与从动轮之间，由受载变形所引起的啮合冲击以及传动误差。
目前齿轮齿廓修形通常有以下两种方法：一种方法是在一个齿轮的齿顶和齿根上进行修形，相啮合的另一个齿轮不进行修形；另一种方法是同时对啮合齿轮进行修形。
齿廓修形主要围绕图，中三个基本要素最大修形量、修形长度和修形曲线展开。
三要素的修形示意图如图1所示：本文选择传动误差最小为优化的目标，可以化简计算的过程，在结合袁哲等人的方法前提下，对齿轮修形三要素进行改进。
令主从动齿轮的最大修形量分别为和，修形角度分别为和，使齿轮修形参数如图2所示。
设m为齿轮模数，则齿轮齿形修整量一般为0.02m以下，修整高度为0.6m以下。
把修整高度换算成修形角度，得到修形角度和修形量的最大值分别为64.331m 和0.06m，最小值为应用遗传算法在0.01和10范围内搜索最佳修形量。
2 确定优化目标函数为了让传动误差最小，为此将其作为目标函数，应用单目标遗传算法进行优化求解。
机械传动装置的可靠性分析与优化设计
机械传动装置的可靠性分析与优化设计引言机械传动装置在现代工程中扮演着重要的角色。
它们将动力从一个装置传递到另一个装置，实现了机械系统的运行。
然而，由于工作环境的复杂性和工作负荷的变化，机械传动装置经常面临着故障和损坏的风险。
因此，进行可靠性分析和优化设计，对于提高机械传动装置的工作效率和使用寿命至关重要。
一、可靠性分析机械传动装置的可靠性是指传动装置在一定时期内正常工作的能力。
为了对机械传动装置的可靠性进行分析，我们需要考虑以下几个方面：1.1 轴承的寿命评估轴承是机械传动装置中最常见的部件之一，其工作寿命对整个传动装置的可靠性至关重要。
通过对轴承的使用条件、工作负荷和材料特性进行综合分析，可以评估轴承的寿命并提前预测其可能出现的故障情况。
在设计阶段，选择合适的轴承类型和材料，以及正确的润滑方式，可以有效提高轴承的寿命和可靠性。
1.2 齿轮传动的故障分析齿轮是常见的传动装置之一，但由于齿轮的工作条件较为恶劣，常常容易出现故障。
常见的齿轮故障包括齿面磨损、断齿和齿轮啮合精度不足等。
通过分析齿轮传动的工作负荷、齿轮材料和齿轮几何参数，可以预测齿轮传动的故障概率，从而采取相应的措施进行优化设计，提高传动装置的可靠性。
1.3 断裂分析断裂是机械传动装置常见的故障形式之一，其损坏程度通常较为严重且难以修复。
通过分析机械传动装置中各个部件的工作负荷、应力分布和材料强度等因素，可以评估传动装置中各个部件的断裂风险，并采取相应的措施进行优化设计，增加部件的强度和可靠性。
二、优化设计在进行机械传动装置的优化设计时，我们需要考虑以下几个方面：2.1 材料选择选择合适的材料对机械传动装置的可靠性至关重要。
在设计阶段，需要综合考虑材料的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等因素，选择合适的材料以提高传动装置的耐用性和可靠性。
2.2 减小应力集中应力集中是导致机械传动装置断裂的主要原因之一。
通过优化设计减小应力集中区域的大小和程度，可以降低断裂的风险并提高传动装置的可靠性。
齿轮传动的可靠性优化设计
齿轮传动的可靠性优化设计齿轮传动是一种常见的机械传动方式，它的可靠性对于机械设备的正常运行起着至关重要的作用。
齿轮传动的可靠性可以通过优化设计来提高。
下面将从材料选择、齿轮几何形状和润滑方式等方面进行讨论。
首先，在材料选择上，我们可以选择高强度、高硬度和耐磨损的材料来制作齿轮。
常用的齿轮材料包括合金钢、硬化不锈钢等。
这些材料具有较高的强度和硬度，能够承受较大的载荷和抗磨损能力强。
同时，在制造齿轮时可以采用热处理等工艺，提高其表面硬度和耐磨损性。
通过优化材料选择和热处理工艺，可以提高齿轮传动的可靠性。
其次，齿轮的几何形状对于传动的可靠性也有很大的影响。
在齿轮的齿形设计上，可以采用渐开线齿形，这种齿形具有较好的传动特性和抗磨损能力。
同时，在齿轮的齿距、齿厚等参数的设计时，要保证其足够的强度和刚度，以避免在传动中发生弯曲和变形，从而提高齿轮传动的可靠性。
另外，润滑方式也是齿轮传动可靠性优化设计的重要方面。
在齿轮传动中，润滑剂起着减少摩擦和磨损、降低温度和噪音的作用。
合适的润滑方式可以提高齿轮传动的可靠性。
常见的润滑方式包括油润滑和脂润滑。
在齿轮传动的设计中，可以根据实际工况选择合适的润滑方式，并保证润滑剂的及时更换和添加，以确保齿轮传动的正常工作。
此外，合理的安装和维护也是提高齿轮传动的可靠性的关键。
在齿轮传动的安装中，要保证齿轮的正确对中和配合，减少因对中不良而导致的载荷不均和磨损加剧。
在使用过程中，定期检查齿轮的磨损情况，及时更换磨损严重的齿轮，提高齿轮传动的可靠性。
最后，通过加强齿轮传动的可靠性设计，可以提高机械设备的运行可靠性，减少故障发生的概率，延长设备的使用寿命，降低维修成本和停机时间，提高生产效率和经济效益。
因此，在设计和制造齿轮传动时，应该重视可靠性的优化设计，从材料选择、齿轮几何形状、润滑方式等方面进行合理的设计和改进。
这样可以提高齿轮传动的可靠性，确保机械设备的正常运行。
单级圆柱齿轮减速器的优化设计
单级圆柱齿轮减速器的优化设计单级圆柱齿轮减速器的优化设计齿轮减速器是一种常用的机械传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
其中，单级圆柱齿轮减速器是一种常见的减速器类型，具有结构简单、传动效率高等优点。
本文将围绕单级圆柱齿轮减速器的优化设计展开讨论。
首先，我们需要明确单级圆柱齿轮减速器的工作原理。
单级圆柱齿轮减速器是通过两个相互啮合的圆柱齿轮进行传动的。
其中，一个齿轮称为主动齿轮，另一个齿轮称为从动齿轮。
主动齿轮通过电机等动力源驱动，从而带动从动齿轮旋转。
通过不同大小的齿轮组合，可以实现不同的减速比。
在进行优化设计时，我们可以从以下几个方面考虑：1. 齿轮材料的选择：齿轮材料的选择直接影响到减速器的使用寿命和传动效率。
一般来说，常用的齿轮材料有钢、铸铁、铜合金等。
在选择材料时，需要综合考虑其强度、硬度、耐磨性等因素，并根据具体应用场景进行选择。
2. 齿轮参数的优化：齿轮参数包括模数、压力角、齿数等。
通过优化这些参数，可以提高减速器的传动效率和承载能力。
例如，增大模数可以增加齿轮的强度和承载能力；选择合适的压力角可以减小齿轮啮合时的摩擦损失。
3. 齿轮啮合传动的优化：齿轮啮合传动是减速器最关键的部分，也是能量损失最大的部分。
通过优化齿轮啮合传动的设计，可以减小能量损失，提高传动效率。
例如，采用精密加工工艺可以提高齿轮的啮合精度；采用润滑油膜技术可以减小摩擦损失。
4. 减速器结构的优化：减速器的结构设计也会影响其性能。
通过优化结构设计，可以降低噪声、提高刚度、减小体积等。
例如，采用斜齿圆柱减速器可以减小噪声；采用刚性箱体结构可以提高刚度。
5. 传动效率的测试与改进：在优化设计完成后，需要对减速器的传动效率进行测试，并根据测试结果进行改进。
通过不断地测试与改进，可以逐步提高减速器的传动效率。
综上所述，单级圆柱齿轮减速器的优化设计涉及到多个方面，包括材料选择、齿轮参数优化、齿轮啮合传动优化、结构优化以及传动效率测试与改进等。
圆柱弧形齿轮传动优化设计分析软件
在 机械传 动 中 ， 了 克 服渐 开 线 齿 轮传 动 的缺 点 ， 为 圆 弧 齿轮越 来越 受 到重 视 。近 二 十 年 来 圆弧 齿 轮传 动 在 冶金 、 山 、 矿 和起 重 运输 机 械 中得 到 日益 广 泛 应 用 。传 统 的设计 方法 往往 采 用试 凑 法 ， 过几 轮 反 复计 算 ， 能 获 经 才 得 满足 要求 的刚 度 和强度 。这种设 计方 法 比较 费 时 ， 不 且
：
螺旋 角系数 ， ＝ Ｊ０ ４ ５ ｉｆ ．４ ｓ ｌ ｎ； 接 触精度 系数 ＝１ ３ ； ． ４
：
其 中 Ｕ为传 动 比， 为大 齿轮数 。 Ｚ
ｌ ３约 束 条 件 －
１ ３ １模 数 条件 ．．
Ｋ ： 部动 载系数 Ｋ １ ０ 外 一 ．； Ｋ 内部动 载系数 ； ： Ｋ 齿 向载荷 分布 系数 。 ： 得接触 强度 的约 束条 件 为 ：
易获得 最佳 的设 计结 果 。为了克 服上 述缺 点 ， 文采 用 离 本
ｇ （ ： ｌ － ｘ２ Ｏ ３ ｚ） Ｏ ＜ ｇ。ｚ） ｚ２ ２ ＜ ０ （ ＝ — ５
（） ５ （ ６）
１ ３ ３螺 旋 角条 件 ．．
螺 旋角 Ｉ大小 ， ９ 常取 Ｊ ０ ～２ 。 可得 ： ９ ＝１ 。 Ｏ ，
维普资讯
・
３ ・ ５
文 章 编 号 ： ０ ２ ６ ８ （ ０ ６ ０ 一Ｏ ３ 一Ｏ １Ｏ — ８ ６ ２ ０ ） ５ Ｏ ５ ２
圆柱 形齿 传 动 优 化 设 计 分 析 软 件 弧 轮
姜 平 Ｔ
ｌ 晕 ：凳：： ｌ 冬毒 缝
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基于可靠性的齿轮减速器优化设计
./ 引言
基于可靠性的齿轮减速器优化设计是在保证齿 轮减速器工作可靠性的基础上对齿轮减速器进行优 化设计， 考虑到约束条件的多样性和齿轮传动设计 中许多的不确定因素， 在以体积、 质量最小为目标的 齿轮减速器优化设计数学模型中， 将可靠性指标直 接引入约束条件中， 克服了常规齿轮减速器优化设 计将静态性能和边界约束作为约束条件， 没有考虑 影响齿轮强度的可靠性指标的缺陷。从而使建立的 可靠性优化设计数学模型更为科学合理， 齿轮啮合 参数和约束条件更加符合客观实际。
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洗煤厂球磨机齿轮传动的可靠性优化设计
关 键 词 ： 开 线 直 齿 圆 柱 齿 轮 ； 靠 性 ； 化 设 计 渐 可 优
中图分 类号 ： ＴＤ９ ， ４ ＴＨ６ ２ ０
文献标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ： ６ ２ ５ ５ （ ０ ６ ０ — ０ ２０ １ ７ — ０ ０ ２ ０ ） ４０ ３ — ３
ｋ ，ｍ 一 １ ７ ｒｍｉ ， 数 比 “ ６ ６ ， 向 运 转 。 Ｗ ６ ／ ｎ 齿 一 ．７单
与之 配套 的齿轮 传 动 是 它 的重 要 传 动 部件 ， 轮 传 齿
动的重 量 、 积 和成本 在整 个球 磨机 中 占很 大 比重 。 体
轮传动预定可靠度和其它随机约束概率的条件下 ，
优 化设计 出最 佳齿 轮 参 数 ， 而使 齿 轮 传 动 的 中心 从 距最 小或 体积 最小 。
Ｐ｛ ｓ Ｘ， ≥ ０ ｇ （ ） ｝一
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齿 宽 系数 的可 靠性约 束
式中： ， —— 分 别 为随机 变 量 ｘ 和 随机 参 数 的
维普资讯
第 ４期
徐
君： 洗煤 厂球磨 机齿 轮传动的可靠性优 化设计
ｍｉｆ（ ｎ Ｘ）＝ Ｅ｛ （ ） ， Ｘ， ｝＝ ， Ｘ， （ ）
ｓ・ｔ ｇ （ ）一 ・ （ ） ≥ ０ Ｒ
‘ （ ２ ） （ ＝ １２ … ， ） “ ，，
根据本设计的已知条件和设计要求， 该球磨机
齿 轮传 动的可靠 性优 化设 计数学 模 型的建立 可选用 均 值模 型（ Ｅ模型 ）１ ［ 。求 ］
单级圆柱齿轮减速器的优化设计
单级圆柱齿轮减速器的优化设计单级圆柱齿轮减速器是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种工业领域。
然而，随着科技的不断进步和实际应用需求的提高，对减速器的性能和效率也提出了更高的要求。
因此，对单级圆柱齿轮减速器进行优化设计具有重要的现实意义。
在传统的单级圆柱齿轮减速器设计中，主要传动比、扭矩和效率等指标。
然而，随着工业领域的不断发展，对减速器的要求也越来越高，包括更小的体积、更轻的重量、更高的强度和更低的噪音等。
为了满足这些要求，必须对减速器进行优化设计。
单级圆柱齿轮减速器的基本原理是利用齿轮的啮合传递动力，实现减速的目的。
在优化设计中，我们可以从以下几个方面进行分析和改进：齿轮强度：提高齿轮的强度是优化设计的关键之一。
可以采用更优质的材质、精确的齿形设计和适当的热处理工艺来提高齿轮的强度和寿命。
传动效率：通过优化齿轮的几何尺寸、降低齿轮副的摩擦系数和提高齿轮的制造精度，可以降低功率损失，提高传动效率。
噪音控制：采用低噪音齿轮、优化齿轮副的动态特性、避免共振等方法，可以有效降低减速器的噪音。
根据上述原理分析，可以采用以下优化设计方案：采用高强度材料，如渗碳或淬火钢，以提高齿轮强度和寿命。
通过计算机辅助设计软件，精确设计齿轮几何形状和尺寸，以降低啮合冲击和振动。
采用润滑性能良好的材料和精确的加工工艺，以减小摩擦损失。
通过改变齿轮宽度、改变齿轮副的动态特性和优化减震装置等措施，以降低减速器噪音。
为了验证优化设计方案的有效性，可进行实验验证。
实验中，可以测量减速器的传动效率、扭矩、噪音等指标，并将其与原设计进行对比分析。
实验结果表明，优化后的减速器在各方面均有所改善，具体数据如下：传动效率提高：优化后的减速器传动效率较原设计提高了10%以上。
扭矩增加：在相同的输入功率下，优化后的减速器输出扭矩增加了20%以上。
噪音降低：优化后的减速器噪音降低了20分贝以上。
通过对单级圆柱齿轮减速器的优化设计，可以显著提高其传动效率、增加输出扭矩并降低噪音。
一级圆柱齿轮减速器的优化设计
一级圆柱齿轮减速器的优化设计
一级圆柱齿轮减速器作为传动装置的一种，广泛应用于各种机械设备的传动中，其结
构简单、传动效率高、承载能力强等特点使其在工业应用中备受青睐。
为了进一步提高其
性能和可靠性，需要对其进行优化设计。
首先，从齿轮结构入手，优化传动比。
传动比是齿轮减速器的重要性能指标之一，直
接影响其扭矩输出、速度输出等性能参数。
可通过改变齿轮的外径、模数、齿数等来实现
传动比的优化，尽可能地利用设计空间，提高传动效率。
在齿轮的选择上，应选用优质材料，确保制造精度和耐久性。
其次，考虑润滑系统的优化。
合理的润滑系统是保证齿轮减速器正常运转的重要保障，可有效降低齿轮损耗和磨损，延长使用寿命。
优化设计润滑系统包括选用适合的油品、优
化油路布局、改进润滑方式等。
此外，应加强润滑系统的监测与维护，及时发现问题并采
取相应处理措施，确保润滑系统的正常运转。
再次，考虑减振与降噪的优化。
在齿轮减速器的实际应用中，常常会遇到噪音大、振
动强的问题，影响使用效果。
优化设计减振与降噪方案，既可以提高设备的工作质量，又
可以改善工作环境。
具体方法包括选用低噪音齿轮、加入减振机构等。
同时，应加强对齿
轮减速器的测试与评估，多方位检测齿轮减速器各项指标，确保其质量可靠。
综上所述，一级圆柱齿轮减速器的优化设计离不开对齿轮结构、润滑系统、减振降噪
等方面的考虑，为此应加强对齿轮减速器工作原理和应用场合的研究，以便更好地满足实
际应用需求，提高其工作效率和可靠性，同时还要加强技术标准的制定与执行，增强产品
的质量和市场竞争力。
齿轮传动的可靠性优化设计
齿轮传动的可靠性优化设计摘要：主要目的是把可靠性优化设计和常规设计方法结合起来，说明优化设计在实际生产中的先进性和实用性。
根据数学和可靠性设计理论建立齿轮传动的可靠性优化设计的数学模型，探讨其计算方法。
结果可靠性优化设计优于常规设计方法，说明可靠性优化设计方法是一种更具有科学，更符合客观实际的设计方法。
关键词：可靠性齿轮传动优化设计齿轮0 引言齿轮传动广泛应用于各种机械设备中，它是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动，具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。
齿轮传动的随机性是指其设计参数的随机性，先量变后质变，人们常常只注重“唯一性”、“正确性”，追求质变的同时却忽略了量变。
采用可靠性优化设计可以使齿轮的随机参量取值更加合理，并使其结构更加规范。
直齿圆柱齿轮是机械传动常用零件，工作中它要承受交变载荷。
齿轮设计、制造都很重要的。
它是机械中重要的传动部件，它的质量，体积和成本在整个设备中占有很大比重。
如果发生故障，会严重影响设备的正常运转，因此，齿轮传动质量的好坏直接影响整个机器性能，设计一个质量轻，结构可靠的齿轮传动必大受人们的欢迎。
通常齿轮传动的设计是将齿轮所受载荷，应力和强度都视为定值，按一定的强度条件进行设计或校核，这种常规设计安全系数一般比较保守，不仅造成材料的浪费，增加成本，往往由于一个参数的改变，而影响其他参数的确定，并且考虑齿轮传动的应力，强度及各几何参数的不确定性，引起的误差与实际不符，也不能保证绝对的安全。
设计的齿轮传动质量差，可靠性低，承载能力小。
因此，为了使齿轮传动设计既贴近实际工况，又有最优方案，提出将优化设计和可靠性设计理论有机结合起来的设计方法，该方法无论对缩小尺寸，减轻质量，提高承载能力和保证设计可靠性均有现实意义。
可靠性设计方法认为作用在齿轮上的载荷和材料性能等都不是定值，而是随机变量，具有明显的离散性质，在数学上必须用分布函数来描述，由于齿轮的载荷和材料性能等都是随机变量，所以必须用概率统计的方法求解。
带式输送机传动装置设计一级圆柱齿轮减速器设计
带式输送机传动装置设计一级圆柱齿轮减速器设计一、引言带式输送机是目前应用较广泛的一种连续输送装置，它广泛应用于石油、化工、煤炭、冶金、建材等行业。
传动装置是带式输送机的重要组成部分，其中一级圆柱齿轮减速器是常见的一种传动装置。
本文将对一级圆柱齿轮减速器的设计进行详细阐述。
二、设计原理一级圆柱齿轮减速器是一种常见的传动装置，其主要由电机、输入轴、输出轴、圆柱齿轮、轴承和外壳等组成。
其传动原理是通过电机驱动输入轴，输入轴带动圆柱齿轮旋转，齿轮传动力量到输出轴，从而实现带式输送机的运转。
三、设计步骤1.确定设计参数：根据带式输送机的要求和工作条件，确定齿轮减速器的传动比、输出转速、输入功率等参数。
2.选取齿轮参数：根据传动比，可以通过传动计算公式计算出圆柱齿轮的模数、齿数等参数。
同时，还需要考虑齿轮材料的选择，一般选用优质合金钢制造。
3.设计轴承：根据输出轴的转矩和转速，选择合适的轴承类型和规格。
轴承的选取应考虑到齿轮减速器的使用寿命和运转平稳性。
4.安装布置：根据齿轮减速器的总体尺寸和输送机的布局，合理安排齿轮减速器的安装位置和连接方式。
同时，还需要考虑到齿轮减速器与输送机其他部件的配合和连接。
5.强度计算：对齿轮减速器的主要零部件进行强度计算，包括输入轴、输出轴、圆柱齿轮等。
计算应考虑到传动过程中的动载荷和静载荷，确保其强度满足要求。
6.结构设计：根据设计要求和计算结果，合理设计齿轮减速器的结构和尺寸。
包括各零部件的形状和连接方式，以及外壳的设计。
7.摩擦与润滑设计：对齿轮减速器的摩擦和润滑进行设计。
根据工作条件和使用要求，选择适当的润滑方式和润滑剂。
8.优化设计：根据实际情况，对齿轮减速器的设计进行优化。
包括减小尺寸、减轻重量、提高效率和降低噪音等。
四、设计注意事项1.齿轮副的选材应考虑到传动的可靠性和寿命，在选择合金钢时应注意其热处理性能和表面硬度。
2.输入轴和输出轴的设计要满足强度和刚度要求，通常采用圆柱形或棱柱形。
基于SQP法的斜齿圆柱齿轮减速器可靠性优化设计
设 计 人员 的经验 而定 ， 缺乏 定量 的数 学基 础 ， 具有 明显 的不 确 定 性 ， 故往 往 很难 反 映 齿轮 传 动 工作 的真 实工 况 。可靠性 优化设 计 方法则 建 立在现 代 优化设 计 技术 与 可靠 性 理论 的 基础 上 ， 能 定量 地 分 析 和解 决 产 品 既
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２０ ０ ８年
第 ２ 卷 ５
式 中 ， ［ ］ 由给定 的可 靠度指 标 ［ ＺＲ 值 ｕ Ｒ ］值查 正态 分布 表得 到 。
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分别 为齿 轮接 触疲 劳强度 均值 和变 异系数 ；
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文章 编 号 ：１ ７ — ８ ６ ３ ３ ５１（ ０ ８）０ — ８ — ４ ２０ ２ ０１ ７ ０
基于 Ｓ ＯＰ法 的 斜 齿 圆 柱 齿 轮 减 速 器 可 靠 性 优 化 设 计
叶秉 良 郭 绍 义 戚 金 明。 ， ，
（ ．浙 江理 工 大 学机 械 与 自动 控 制 学 院 ， 州 ３ ０ １ ； ．浙 江 众 力 交 通 工 程 有 限公 司 ， 州 ３ ０ ０ ） １ 杭 １０ ８ ２ 杭 １ ０ ８
数 法 更 优 的 序 列 二 次 规 划 法求 解 。优 化 结果 表 明 该设 计 方 法 对 于 解 决 机 械 优 化 设 计 问题 非 常有 效 。
关 键 词 ：可 靠 性优 化 设 计 ；序 列 二 次规 划 法 ；斜 齿 圆柱 齿 轮 减 速 器 ；ＭＡＴ ＡＢ优 化 工 具 箱 Ｌ
齿轮传动系统的多目标优化设计
齿轮传动系统的多目标优化设计
齿轮传动系统是一种常见且重要的动力传动机构，广泛应用于机械设备中。
在
设计齿轮传动系统时，通常会面临多个目标的优化问题，例如提高传动效率、减小噪音和振动、延长使用寿命等。
因此，进行齿轮传动系统的多目标优化设计是非常关键的。
首先，进行齿轮传动系统的多目标优化设计需要考虑到各个目标之间的相互影
响和制约关系。
在设计过程中，需要充分了解各个目标之间的权衡关系，找到最佳的平衡点。
例如，提高传动效率可能会导致噪音和振动的增加，因此需要在这两个目标之间进行权衡。
其次，进行齿轮传动系统的多目标优化设计需要考虑到各个参数之间的相互影响。
齿轮传动系统设计涉及到众多参数，如模数、齿数、啮合角等，这些参数的选择会直接影响到系统的性能。
因此，在优化设计过程中需要充分考虑各个参数之间的协调关系，找到最佳的参数组合方案。
此外，进行齿轮传动系统的多目标优化设计还需要利用先进的优化方法和工具。
现代优化算法如遗传算法、粒子群算法等具有强大的寻优能力，可以帮助工程师高效地找到最佳的设计方案。
同时，借助仿真软件如ANSYS、ADAMS等，可以对
设计方案进行全面的性能评估，验证设计的有效性。
总的来说，齿轮传动系统的多目标优化设计是一个复杂而重要的工程问题，需
要综合考虑各种因素，并借助先进的方法和工具进行设计。
只有在系统性能、成本、可靠性等多个方面进行全面优化，才能设计出高效、稳定、可靠的齿轮传动系统，满足实际工程需求。
希望以上内容能够对您的工作有所帮助。
圆柱齿轮模态分析
圆柱齿轮模态分析圆柱齿轮是一种常用的机械传动元件，常被用于工业机械、汽车、火车、船舶等各种设备中的动力传递。
在使用过程中，由于受到载荷作用和因制造和安装误差的影响，可能会出现振动和噪声等问题，影响到机械传动的正常运行和寿命。
因此，进行齿轮系统的模态分析和优化设计，对于提高机械传动的可靠性和稳定性，具有重要意义。
圆柱齿轮的模态分析方法基本上可以分为有限元分析和解析分析两类。
其中，有限元分析是通过建立圆柱齿轮的三维模型，并利用有限元软件进行分析和计算，得到圆柱齿轮的振动模态和频率响应等相关信息；而解析分析则是通过建立基于弹性效应的圆柱齿轮振动模型和求解其固有频率方程，得到圆柱齿轮的振动特性。
在进行圆柱齿轮的模态分析时，主要需要考虑以下几个方面。
1.圆柱齿轮的材料特性圆柱齿轮的振动响应是与其材料特性密切相关的。
因此，在进行模态分析之前，需要确定圆柱齿轮的材料特性，如模量、泊松比、密度等。
同时，还需要考虑到材料的非线性特性，如弹塑性、疲劳等，以便更加真实地反映圆柱齿轮的振动响应特性。
2.圆柱齿轮的几何结构和载荷特性几何结构和载荷特性是影响圆柱齿轮振动响应的重要因素。
在进行模态分析前，需要对圆柱齿轮的几何结构和载荷特性进行详细的描述和分析，如齿数、模数、齿廓、轴向载荷、径向载荷等。
同时，还需要对圆柱齿轮的制造和安装误差等因素进行考虑，以更加真实地反映圆柱齿轮的实际工作状态。
3.模态分析方法的选择模态分析方法的选择直接影响到圆柱齿轮振动响应的准确度和可靠性。
在进行模态分析时，需要根据具体情况选择合适的模态分析方法，如有限元分析或解析分析，以获得更加准确和实用的分析结果。
通过模态分析，可以得到圆柱齿轮的振动模态和频率响应等相关信息，如固有频率和振型等。
在进行分析时，需要对每个振动模态和频率进行详细的分析和解释，以便更好地理解圆柱齿轮振动的特性和机理。
综上所述，圆柱齿轮的模态分析是对机械传动可靠性和稳定性提高的关键，通过模态分析，可以更好地了解圆柱齿轮的振动响应特性和机理，从而指导优化设计和改进制造工艺，提高机械传动的性能和寿命。
圆柱齿轮传动的模糊可靠性优化设计
Ｘ 一 ［ ， ， 一 ［ ， 蜘 五 盈］ ， ； ．
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按 照 设 计 要 求 ， 齿 轮 的 体 积 最 小 为 目标 函 数 ． 了简 化 计 算 ， 齿 轮 分 度 圆 圆 柱 体 积 近 似 代 替 取 为 用
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ｒ ｎ （）一 Ｉ （ ｎ Ｆｘ ｉ ｎ １＋ ￣）ｎ ・ ／ ． ２ｉ３・ 蜘 ４
理给定 约束 函数 、 目标 函 数 的 容 许 值 、 望值 及 其 模 糊 分 布 ， 计 出更 加 符 合 齿 轮 传 动 实 际 工 况 的 最 期 设 佳 方 案 ． 文 中 以 标 准直 齿 圆柱 齿 轮 传 动 设 计 为 例 ， 模 糊 可 靠 性 优 化 设 计 方 法 予 以 论 述 ． 例 计 算 本 对 实
表 明 ， 种优 化设计方 法合理 、 用 、 行． 这 实 可
某 圆 柱 齿 轮 传 动 的 原 始 数 据 为 ： 定 功 率 Ｐ一 ９ Ｗ ， 齿 轮 转 速 ： ７ ０ ｒｍｉ ， 动 比 一 额 ５ｋ 小 ５ ／ ｎ 传
３ １ ， 向 运 转 ， 载 工 作 ３ ０ ， 轮 精 度 等 级 为 ８ ８ ７ ．８单 满 ５０ ０ｈ 齿 ——．
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可 靠性 优 化 设 计 是 一 种 更 具 科 学性 、 符 合 客 观 实际要 求 的 设 计 方 法 ． 更
关 键 词 ： 柱 齿 轮 ； 糊 可 靠性 ； 化 设 计 圆 模 优 中图分类号 ：Ｈ１２４ ７ Ｔ ３ ． １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 １０ —３ １ ２ ０ ）３０ １－４ ０ ６８ ４ （０ ２ ０ — ２ ６０
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、摘要
机械零部件的可靠性优化设计既能定量回答产品在运行中的可靠度，又能使产品的功能参数获得优化解，是一种更具工程实用价值的综合设计方法。
本文结合圆柱齿轮减速机的可靠性优化设计，确立了相应的数学模型，得出其优化解，并通过实例计算，说明其优越性。
、设计题目
一、设计题目
圆柱齿轮传动的可靠性优化设计
内容：按可靠性优化设计方法设计一纺织机械用减速器，要求传递功率P=11KW/高速轴转速n i=200r/min，传动比i=u=5，载荷平稳，三班制工作，使用5年，设备利用率为90%要求可靠度
R=0.999。
二、设计目的
传统齿轮减速器的设计是让齿轮所承受的表面接触应力和弯曲应力乘以安全系数小于齿轮材料的许用应力，这样虽然可以保证减速器的工作要求，但是由于要满足减速器的可靠性要求安全系数一般都选的比较大，因此使物耗和成本增加。
如果采用可靠性优化设计，既能定量回答产品在运行中的可靠度，又能使产品的功能参数获得优化解，是一种更具工程实用价值的综合设计方法。
三、设计任务
1、用可靠性设计方法完成圆柱齿轮的可靠性设计；
2、利用matlab编程求解在满足一定可靠度要求下的最优解；
3、绘制优化后的齿轮零件图。
三、设计说明
一、齿轮传动的失效分析及设计准则
1、齿轮传动是依靠主动轮轮齿的齿廓，推动从动轮轮齿的齿廓来实现的。
当一对轮齿从进入啮合到脱离啮合的传动过程中，具有以下几个特点：
(1)齿轮传动是靠齿面的推压，因此作用在轮齿上的力总是指向齿面。
(2)传动过程中，轮齿上的应力是变化的，齿面上任一点的接触应力都是从无到有，从小到大，再由大变小，最后变零的。
从齿体来说，主要受到弯曲应力。
(3)在轮齿推动的过程中，除节点处是纯滚动外，齿面其余接触点均为连滚带滑，齿根部分比齿顶部分跑得慢。
根据齿轮传动的以上工作特点，齿轮传动的失效主要在轮齿部分。
轮齿的失效主要包括齿体和齿面两方面。
常见的失效形式主要有：齿体折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面塑性变形和齿面胶合等。
1轮齿折断
轮齿折断是指轮齿整体或局部折断的拉伤形式。
主要分两种情况：一种是疲劳折断。
疲劳折断是指齿轮在传动过程中，轮齿类似一根悬臂梁，受载后齿根处产生较大的弯曲应力，由于轮齿在交变的弯曲应力下工作，当齿轮工作一段时间，齿根弯曲应力超过材料的疲劳极限时，齿根圆角处将产生疲劳裂纹，随着应力循环次数的增加，裂纹迅速扩展，最终导致齿轮疲劳折断。
而另一种是过载折断。
过载折断是指齿轮在工作过程中有严重过载或冲击载荷的作用或者在制造安装过程中，精度差，齿轮局部受载或较大的冲击时，均可能产生过载折断。
过载折断不同于疲劳折断，其特点是断口位置不固定，断面粗糙。
2齿面点蚀
齿面点蚀是工作齿面在接触应力的长期反复作用下，其表面金属小块脱落的一种齿面失效形式。
点蚀一般首先发生在轮齿靠近节线的齿根部位，这是因为节线附近应力较大，摩擦系数也较大。
在滚滑运动中，齿根是被追越面，根据分析，互相滚滑的一对接触表面，其相对滑动时摩擦引起的初始裂纹，当两齿面相互滚动时，被追越面上的裂纹将因润滑油被挤入裂缝中而使裂纹逐渐扩展，而追越面则因滚转时将油液从裂缝中挤出，裂缝中无高压油滚。
所以裂纹不致扩展。
当被追越面上的裂纹扩展到一定限度时，即形成小块剥落，这就是点蚀。
3齿面磨粒磨损
在开式传动中或润滑不充分的时候，外界微尘物质进入啮合区而引起齿面材料的损失现象，称为齿面磨粒磨损。
表现在工作齿面上，沿滑动速度方向产生平行的线道滑痕。
4齿面塑性变形
在低速重载软齿面传动中，由于齿面间较大压力和滑动摩擦力的综合作用，使齿面材料屈服而发生塑性流动的一种齿面失效形式，称为齿面塑性变形。
齿面塑性变形的方向平行于滑动方向，由于主动轮齿面的滑动方向和滑动摩擦力的方向是背离节线的，因此主动轮齿面塑性变形是在节线附近形成沟谷，在齿顶产生飞边，而从动轮的齿面跟主动轮情况相反，在节线附近形成峰棱。
5齿面胶合
在高速或低速重载的大功率传动中，由于啮合齿面比压较大。
或。