齿轮传动毕业设计

近年来，齿轮传动在机械制造、矿山冶金、建材汽车、铁路船舶、航天国防等等各种工业部门中的应用越来越广泛。齿轮传动的工作性能和成本直接影响着所属机械和机器的性能和成本，有的甚至起决定性的作用。如：我国水泥工业中中心传动管磨机所用减速器的价格是其本身的1.6-3倍。因此，通常齿轮工业的技术水平和能力可以体现一个国家机械工业的发展水平。

作为一种应用广泛的机械传动零件，齿轮的主要优点是：结构紧密、传递动力大、效率高、使用寿命长、可靠性能好和传动比准确等。当然在不同类型的机械装置中，对齿轮传动的使用性能要求是不同的。如：在精密分度装置中要求准确平稳，其传动比为常数，以免产生冲击、震动和噪声；在重载装置中主要要求齿轮的承载能力要高，尺寸小，重量轻，能传动较大的动力，有较长的使用寿命。

设计齿轮传动一般已知：传递的功率、转速、传动比、工作机和原动机的工作特性：外廓尺寸，中心距限制，使用寿命，可靠性要求，维修条件等。

设计要求：确定齿轮传动的主要参数、几何尺寸、齿轮结构、精度等级，最后给出作图。

在研究齿轮强度时，必须了解齿轮的失效形式，分析产生失效的原因，然后确定齿强度的计算方法。

制造齿轮的材料及其热处理方法对齿轮传动的承载能力影响极大。只有正确的选择齿轮材料及其热处理方法，才能保证设计的齿轮传动满足使用要求。

为了保证齿轮的效率，减小齿轮啮合处和轴承的摩擦损失，减小磨损，降低噪声，帮助散热和防止锈蚀，这就需要润滑。因此，齿轮传动必须经过润滑，借以保证运转正常，提高传递效率，延长使用寿命。

齿轮的设计

在进行齿轮传动设计时，首先要分析齿轮传动的工作条件，确定是开式传动还是闭式传动。开式齿轮传动的齿轮是外露的，不能保证良好的润滑，而且灰尘、杂质易进入啮合部位，使齿面较快磨损，因而只宜用于低速传动。闭式传动的齿轮封闭在刚性箱体内，可以保证良好的润滑、密封和工作条件。重要的齿轮传动都采用闭式传动。

一、齿轮的失效形式

在研究齿轮强度时，必须了解齿轮传动的失效形式，分析产生失效的主要原因，然后确定齿轮强度的计算方法。

1、轮齿折断

轮齿可简化为悬臂梁，受到载荷作用后，齿根处产生的弯曲应力最大，并且由齿根圆角和切削刀痕等会引起应力集中，如果弯曲应力超过了齿根弯曲疲劳极限，在多次重复载荷作用下，齿跟圆角处会产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大导致疲劳断齿，这种折断为疲劳折断。

当轮齿受到意外的冲击和短时过载时，往往会发生突然折段，称为过载折断。这种情况特别是在轮齿材料较脆和模数较小时容易发生。为了防止轮齿弯曲疲劳折断，应对轮齿进行弯曲疲劳计算。此外，采用增大齿根过渡圆半径、提高齿面加工精度等工艺措施，也能提高齿轮抗弯曲疲劳能力。

2、疲劳点蚀

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接触应力作用下，可能出现微小的剥落而形成一些疲劳浅坑，这种现象称为疲劳点蚀。齿轮发生齿面点蚀后，将使轮齿啮合情况恶化而影响使用。实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节圆处。提高齿面硬度，降低齿面粗糙度、采用黏度较大的润滑油以及合理的变位等，都能提高齿面抗疲劳点蚀的能力。软齿面（齿面硬度≤350HBS）的闭式齿轮传动常因齿面疲劳点蚀而失效。为了防止出现齿面疲劳点蚀，对闭式齿轮传动，须进行齿面接触疲劳强度计算。在开式传动中，由于齿面磨损较快，一般看不到点蚀现象。

3、齿面胶合

在高速重载转动中，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，这种现象称为齿面啮合。在低速重载中，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可以产生胶合破坏。提高齿面硬度和减小表面粗糙度能增强抗胶合能力，对于低速传动采用黏度较大的润滑油，对于高速传动采用

含抗胶合添加剂的润滑油也很有效。

齿轮的失效形式除了以上三种外还有齿面磨粒磨损和齿面塑性变形。开式传动的工作条件较差，其失效主要发生在齿面部分。

二、计算准则

针对失效形式可以建立相应的计算准则。我国已制定出渐开线圆柱齿轮胶合承载能力计算方法（GB6413-86），在设计高速重载齿轮传传动时，如航空发动机主传动、发电机组传动等应作胶合计算。在工程中设计一般齿轮传动时，应根据GB/T3480-1997进行齿面接触疲劳强度和轮齿弯曲疲劳强度计算。当齿轮工作可能出现短时间、少次数（N<1000）的重载荷和重复性中等冲击时、应对轮齿进行静强度核算。

在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对齿面硬度很高，齿心强度又低的齿轮，如20钢、20Cr钢经渗碳淬火后心部强度不足或材质较脆，如铸铁齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。如果两轮均为硬齿面，且硬度基本相同时，则可视实际情况而定。但闭式齿轮传动以接触疲劳强度设计，就应以弯曲疲劳强度校核。反之亦然，不能省略。

三、齿轮的材料及热处理

制造齿轮的材料及其热处理方法对齿轮传动的承载能力影响极大。只有正确地选择齿轮材料及其热处理方法，才能保证设计的齿轮传动满足使用要求。

1.齿轮材料的选择

常用的齿轮材料是钢，其次是铸铁。有时也采用非金属材料。

制造齿轮多采用优质碳素结构钢和合金结构钢。通常多用锻造成型方法制成毛坯，毛坯锻造可以改散材料性能；也可以用各种热处理方法，获得适用于齿轮不同工作要求的综合力学性能。对于直径较大或形状复杂的齿轮毛坯，可采用铸造方法制成铸钢毛坯。

灰铸铁齿轮常用于轻载、低速、工作平稳的场合，其中的石墨具有自润滑作用，尤其适用于制作润滑条件较差的开式传动齿轮。

非金属材料一般用于高速、轻载的齿轮传动。它可以明显的降低噪声。常用的非金属材料有尼龙、夹布胶木等。

2.钢制齿轮常用的热处理方法

表面淬火：一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等。表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可打52～56HRC。由于接触强度高，而磨性好，而齿心部有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷。

渗碳淬火：将碳的质量分数为0.15%～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，例如20钢，20Cr等，