11-第10章齿轮传动解析

一、轮齿的失效形式
疲劳折断
轮齿折断
过载折断
失效形式
局部折断
§10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
提高轮齿抗折断能力的措施：
1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿 根应力集中；
2）增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为 均匀；
3）采用合适的热处理，使齿芯材料具有足够的韧性；
4）采用喷丸、滚压等工艺措施，对齿根表层进行强 化处理。
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
齿面点蚀
主主动动齿齿
失效形式
齿面胶合 齿面磨损 塑性变形
从从动动齿齿
表面凸出
表面凹陷
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。
基本要求： 齿面要硬、齿芯要韧
优质碳素钢、合金结构钢、铸钢、铸铁及某些非 金属材料(常见材料及其力学特性见表10-1)
§10-3 齿轮材料及选用原则
二、常用的齿轮材料
钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可 改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。
常用 齿轮 材料
锻钢
含碳量为(0.15 ~ 0.6)%的碳素钢或合金钢。 一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。
第十章 齿轮传动
§10-1 §10-2 §10-3 §10-4 §10-5 §10-6 §10-7 §10-8 §10-9 §10-10
概述 齿轮传动的失效形式及设计准则 齿轮材料及其选择原则 齿轮传动的计算载荷 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 设计参数、许用应力与精度选择 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 标准圆锥齿轮传动的强度计算 齿轮的结构设计 齿轮传动的润滑和效率
（一）使用系数KA ----查表10-2
-----考虑外部附加动载荷影响的系数，这种动载荷 取决于原动机和工作机的特性、质量比、联轴器类 型以及运行状态等
（二）动载系数Kv----查图10-8 齿轮传动不可避免地会有制造及装配的误差，
轮齿受载后还要产生弹性变形。 ▪ 由于Pb1Pb2，使传动比i波动，引起动载荷与冲击。 ▪ 对于直齿轮传动，轮齿在啮合过程中，不论是由双
§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
齿面点蚀
潘存云教授研制
失效形式
齿面接触疲劳
速度高润滑好不易点蚀，靠近节线的齿跟面先发 生点蚀。 齿面硬度越高，抗点蚀能力越强（小齿轮应有较高的 硬度）;点蚀主要发生在HB<350软齿面闭式传动； ▪ 开式传动磨损较快，一般不发生点蚀；
§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
齿面点蚀
潘存云教授研制
失效形式
齿面接触疲劳
所谓点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力作用 下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。 ▪ 原因：齿面接触应力是脉动循环变化，接触应力超过 材料的接触持久极限，且载荷多次重复。 则：细微的疲劳裂纹扩大微粒剥落表面凹坑 点蚀首先出现在节线附近靠近齿根表面处 齿面抗点蚀能力主要与润滑情况和齿面硬度有关：
本章学习的基本要求：
（一）熟练掌握的内容 1）齿轮传动的失效形式及设计准则 2）齿轮常用材料及热处理方法的选择； 3）直齿和斜齿轮、直齿锥齿轮的受力分析； 4）圆柱齿轮接触和弯曲疲劳强度计算的理论依据、计算公式及
公式中各参数的物理意义、公式的运用； 5）直齿锥齿轮强度计算 （二）一般了解的内容 1）圆柱齿轮和锥齿轮强度计算公式的推导； 2）齿轮传动的计算载荷
本章的重点：
标准直齿圆柱齿轮传动的设计原理及强度计算方法
§10-1 概述
齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一
（一）齿轮传动的特点：
▲ 传动效率高 η可达99％；
▲ 结构紧凑; ▲ 工作可靠，寿命长； ▲ 传动比稳定; ▲ 制造及安装精度要求高，价格较贵。
学习本章的目的
本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，即要能 够根据齿轮工作条件的要求，设计出传动可靠的齿轮。
措施： 1. 提高齿面硬度 2. 减小齿面粗糙度 3. 增加润滑油粘度低速 4. 加抗胶合添加剂高速
§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 齿面点蚀
失效形式 齿面胶合 齿面磨损 (磨粒磨损)
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件，清洁环境 3.提高齿面硬度
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
二）分类
§10 -1 概述
开式传动
齿轮传动 半开式传动 闭式传动
§10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
按装置型式分
开式传动 半开式传动 闭式传动
按使用情况分
高速齿轮 低速齿轮
轻载齿轮 重载齿轮
按齿面硬度分
硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS） 软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
§10-4 齿轮传动的计算载荷
齿面接触线单位长度上所受的平均载荷：
p Fn L
Fn -----轮齿上的名义法向载荷
轮齿强度计算的计算载荷为： Fca KFn
K----载荷系数： 式中：KA ─使用系数
Kv ─动载系数
K＝KA Kv Kα Kβ Kα─齿间载荷分配系数 Kβ─齿向载荷分布系数
§10-4 齿轮传动的计算载荷
由工程实践得知： ▲ 闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触强度为主。 ▲ 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。 ▲ 开式(半开式)齿轮传动，按齿根弯曲疲劳强度作
为设计准则。（可不校核接触强度）
§10-3 齿轮材料及选用原则
一、对齿轮材料性能的要求
齿根要有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗 点蚀、抗磨损及抗胶合能力，
▪ 措施：提高齿面硬度、表面质量，良好润滑，正确 选择粘度。
§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 齿面点蚀
失效形式 齿面胶合
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。
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。
三、齿轮材料选用的基本原则
1.按工作要求 飞行器：合金钢； 矿山机械：铸钢、铸铁 家庭办公：塑料
2. 按尺寸大小 大尺寸：铸钢、铸铁 中等尺寸：锻钢 小尺寸：圆钢