f第八章 齿轮传动资料

直齿轮轮齿的折断，一般是全齿折断，如 图 (a)，斜齿轮和人字齿齿轮，由于接触线 倾斜，一般是局部齿折断，如图 (b)。
F F lim
疲劳折断
直齿
F B
直齿轮 斜齿、人字齿
脆性折断
(脆性材料)
全齿折断 局部折断
Biblioteka Baidu斜齿
轮齿折断
防止措施： 1.增大齿根过渡圆角半径 减小应力集中
2.提高齿轮的制造、安装精度。 减小疲劳裂纹源，避免偏载。 3.正确选择材料和热处理方式。 齿面硬，轮芯韧 4.对齿根部分进行强化处理，如喷丸，碾压。
提高
F
2. 齿面疲劳点蚀
软齿面(硬度≤350HBS)的新齿轮，由于齿面不平，在个别凸
起处接触应力很大，短期工作后，也会出现点蚀。但随着齿面磨 损和辗压，凸起处逐渐变平，承压面积增加，接触应力下降，点 蚀不再发展或反而消失，这种点蚀称为“局限性点蚀”。 而长时间工作的齿面，由于齿面疲劳，可再度出现点蚀，这 时点蚀面积将随工作时间的延长而扩大，称为“扩展性点蚀”。 硬齿面齿轮，由于材料的脆性，不会出现局限性点蚀，一旦出现 点蚀，即为扩展性的。
现象：两表面尖峰接触后粘结，再被撕开
热胶合----高速、重载：高速齿轮传动最主要的 失效形式。
冷胶合---低速、重载。 后果：产生振动、噪声，不能工作导致失效。 热胶合还伴随着齿面温度升高。
防止措施： 1.减小模数，降低齿高，降低滑动系数 2.提高齿面硬度，降低齿面粗糙度 3.采用齿廓修形，以减小轮齿啮入冲击 4.采用抗胶合能力强的齿轮材料和 加入极压添加剂的润滑油等。
硬齿面齿轮------扩展性点蚀
首先出现在齿面节线附近的齿根部分。
防止措施： 1.提高齿面硬度 2.提高加工精度，降低齿面粗糙度。
减少裂纹源。
3.合理选用润滑油。 减小摩擦。
3. 齿面磨损(磨粒磨损）
在齿轮传动中，当齿面间落入砂粒、铁屑等磨料性物质时，齿 面即被逐渐磨损(图8.3)。齿面磨损后，使齿廓形状破坏，从而 引起冲击、振动和噪声，甚至因齿厚减薄而发生轮齿折断。齿 面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。
原因：齿面进入磨料 后果：齿形破坏、变薄引起 冲击、振动，甚至断齿 ※是开式齿轮传动最主要的失效形式 防止措施： 1. 采用闭式传动 2.提高齿面硬度、 3.改善润滑和密封条件
4. 齿面胶合
• 在高速重载齿轮传动中(如航空齿轮传动)，由于齿面 间压力大、相对滑动速度大，摩擦发热多，使啮合点 处瞬时温度过高，润滑失效，致使相啮合两齿面金属 尖峰直接接触并相互粘连在一起，当两齿面相对运动 时，粘连的地方即被撕开，在齿面上沿相对滑动方向 形成条状伤痕(图8.4)，这种现象称为齿面热胶合。 • 在低速重载齿轮传动中，由于齿面间润滑油膜难以形 成，或局部偏载使油膜破坏，也可能发生胶合，但此 时齿面间并无明显的瞬时高温，故称为冷胶合。 • 胶合发生在齿面相对滑动速度大的齿顶或齿根部位。 • 齿面一旦出现热胶合，不但齿面温度升高，而且齿轮 的振动和噪声也增大，导致失效。热胶合是高速齿轮 传动的主要失效形式。
校核齿面胶合强度。 •开式齿轮传动：其主要失效形式是齿面磨损， 而且在轮齿磨薄后往往会发生轮齿折断。故目 前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑 磨损的影响将模数适当增大。
8.3 齿轮材料及其热处理 8.3.1 齿轮材料
对材料的基本要求： *齿面要有足够的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨 损、抗胶合和抗塑性变形的能力； *轮芯要有足够的强度和韧性，以便在循环载荷和冲 击载荷作用下有足够的齿根弯曲强度；
开式传动
农业机械、建筑机械 简易机械
按齿面硬度： 软、中硬齿面：≤350HBS（38HRC） 硬齿面：＞350HBS （38HRC） 精度等级：13个 0级最高 常用：6—8级
8.2 齿轮传动的失效形式和设计准则 8.2.1齿轮传动的主要失效形式
1 、轮齿的折断 齿轮传动在工作时，轮齿象悬臂梁一样承受弯曲， 在其齿根部分的弯曲应力最大，而且在齿根的过渡圆角 处有应力集中，当交变的齿根弯曲应力值超过材料的弯 曲疲劳极限应力值且多次重复作用时，在齿根处受拉一 侧就会产生疲劳裂纹，随着裂纹的逐渐扩展致使轮齿发 生疲劳折断。 而用脆性材料(如铸铁、整体淬火钢等)制成的齿轮， 当受到严重过载或很大冲击时轮齿容易发生突然折断。 轮齿折断是齿轮传动最严重的失效形式，必须避免。
第八章 齿轮传动 8.1 概述
特点： •瞬时传动比恒定 •传动效率高(可达98~99%) •工作可靠使用寿命长 •结构紧凑 •适应范围大 •缺点：齿轮加工时需要专用的机床和刀 具，成本高；精度低时噪音大；不易用于 轴间距过大的传动
齿轮传动的分类：
按工作条件： 闭式传动 汽车、机床、航空发动机
半开式传动
齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高则抗点
蚀能力越强。齿面疲劳点蚀是软齿面闭式齿轮传动最主要的失效 形式。而在开式传动中，由于齿面磨损较快，裂纹还来不及出现 或扩展就被磨掉，因此在开式传动中通常无点蚀现象。
齿面疲劳点蚀：
原因：接触应力的反复作用 后果：轻者振动噪音，
重者不能工作
软齿面新齿轮----- 局限性点蚀----扩展性点蚀
齿体塑性变形：突然过载，引起齿体歪斜
齿面塑性变形：齿面表层材料沿摩擦力方向流动 后果：破坏轮齿的正确啮合位置和齿廓形状，使之不 能正确啮合。
轮齿塑性变形
防止措施：
1.提高齿面硬度
2.提高润滑油粘度
8.2.2 齿轮传动的设计准则
•软齿面闭式齿轮传动：常因齿面点蚀而失效，故通常 先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲 疲劳强度。 •硬齿面闭式齿轮传动：其齿面接触承载能力较高，故 通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面 接触疲劳强度。 •高速重载齿轮传动：可能出现齿面胶合，故需
5. 轮齿塑性变形
轮齿塑性变形常发生在齿面材料较软、低速重载与频繁起动 的传动中。它有两种情况：一是因为突然过载而引起轮齿歪 斜，称为“齿体塑料变形”(图8.5(a)；另一种是因过载使齿 面油膜破坏，摩擦力剧增，使齿面表层的材料沿摩擦力方向 流动，在从动轮的齿面节线处产生凸起，而在主动轮的齿面 节线处产生凹沟，这种现象称为“齿面塑性变形”(图8.5(b)) 。