齿轮设计技术第四部分

1、第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点 471 行星齿轮设计特点 472 锥齿轮齿轮设计特点 473 高速齿轮设计特点 474 蜗杆传动设计特点 47. 5 双圆弧齿轮传动特点 第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点 47.1 7.1 行星齿轮设计特点行星齿轮设计特点 (1) 均载机构问题 太阳轮浮动 行星架浮动 (2) 变位选择问题（内外啮合角） 外啮合角22-25 内啮合角17-20 4 (3) 行星轮各数（3、4、5、6） 优先选择：3、5 (4) 内齿圈磨损问题 第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的

2、特点 (5) 行星强度问题 行星齿轮传动强度计算中，由于行星齿轮传动结构的多样化，计算其 他类型行星齿轮传动，建议在强度计算中用传递的扭距（N.M）作为输入， 其结构可分解为外啮合和内啮合，按外啮合和内啮合进行计算，不要用 功率作为输入，计算结果可作为参考。 (6) 多对参与啮合问题 (7) 内齿圈顶圆与重迭干涉问题 行星齿轮传动中，行星轮的顶圆直径在外啮合和内啮合中可能不同， 一般可采用 外啮合的顶圆直径，差别较大时需注意对其它因素的影响 （如：重合度、干涉等）。 第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点 47.2 7.2 锥齿轮齿轮设计特点锥齿轮齿轮设计特点 （

3、 1）格里森弧齿锥齿轮（35度、等顶隙） （ 2）该软件主要是为格利森弧齿锥齿轮（等顶隙收缩齿）和国标制直齿锥齿轮直齿 锥齿轮而设计的，其他类型可参考使用。 （ 3）直齿和弧齿锥齿轮设计建议采用等顶隙收缩齿，不推荐其它齿形。 （ 4）主要用于正交锥齿轮设计计算（轴交角为90度）。 4 1. 直齿（等顶隙收缩齿、不等顶隙收缩齿） 4 2. 斜齿（等顶隙收缩齿、不等顶隙收缩齿） 4 3. 弧齿（等顶隙收缩齿） .零度齿（双重收缩齿、等顶隙收缩齿） 4 弧齿与摆线齿，格里森（收缩齿）与克林根（等高齿）区别 第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点 47.3 7.3 高速齿

4、轮设计特点高速齿轮设计特点 （ 1）齿数组合要求 （ 2）速比要求、小于0.5% （ 3）变位系数设计问题 （ 4）滑差率要求，大小轮最大滑动系数应小于1.7 （ 5）临界转速要求 系统动力学（指：电动机齿轮箱工作机-的扭振），不同用途的系统动力学是 不一样的。单对齿轮箱研究系统动力学意义不大。 （ 6）滑动轴承特性与轴的强度刚度 （ 7）润滑要求 （ 8）高速重载：4-5级 （ 9）侧隙 一般为 (0.03-0.05)*Mn 建议： (0.05-0.08)*Mn 第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点 47.4 7.4 蜗杆传动设计特点蜗杆传动设计特点 （ 1）

5、采用常用设计组合 （ 2）导程角在15-30度时，蜗杆效率较高。 （ 3）当导程角小于啮合摩擦角时，机构产生自锁， （ 4）通常取导程角小于3.5度,Z1=1，效率很低（小于0.5）。 （ 5）Z2、Z1尽量避免有公因数 （ 6）蜗杆材料 1渗碳淬火 16CrMn,20Cr,20CrMn,20CrMnTi,20Cr2Ni4A等 4 2调质 40Cr,42CrMo,35CrMo等 （ 7） 蜗轮材料 （1）铸造锡青铜 ZCuSn10Pb1 （国内最常用） （2）铸锡锌青铜 ZCuSn10Zn2 4平面二次包络的承载能力计算一般也采用直廓环面蜗杆计算方法， 4直齿平面包络蜗杆一般用于精密分度装置，

6、 第第7 7章章 主要几种齿轮传动设计的特点主要几种齿轮传动设计的特点 47.5 7.5 双圆弧齿轮设计特点双圆弧齿轮设计特点 4 圆弧齿轮在高速齿轮行业应用是我国的一大特色，正向中硬齿面和应齿面发展，采用“中硬调质”-“精 滚修形”-“氮化”-“珩齿”，精度5级 （ 1）啮合特性要求 （ 2）齿宽要求与重合度 （ 3）斜齿传动 （ 4）齿根加工精确度 1、 双圆弧齿轮设计是以经验公式为设计基础，建议在疲劳强度计算中采用经验公式进行 计算，不推荐用国标GB计算方法。 2、 双圆弧齿轮疲劳强度提供两种强度计算方法： 这两种强度计算方法在齿轮接触强度极限应力（H1、H2）和齿轮弯曲强度极限应力（F

7、1、 F2）是不一样的。 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术 4 材料与热处理是齿轮制造中很重要的一个环节。 48 81 1 热处理工艺主要形式热处理工艺主要形式 4 气体渗氮 4 液体渗氮 4 渗碳淬火 4 感应或火焰淬火（齿面、齿根、整体硬化区别） 4 调质 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术 48 82 2 材料与热处理质量控制材料与热处理质量控制 4 4 材料与热处理质量控制分三档：ME、MQ、ML 4 ML表示齿轮加工过程中材料质量与热处理工艺的一般要求 4 MQ表示有经验制造者在通常成本下可达到的质量要求 4 ME表示必须具有高可靠度的制

8、造过程控制才能达到的等级 4 4 注意：与接触弯曲的许用应力值的选取有密切关系。 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术 48 83 3 齿轮材料的选择齿轮材料的选择 4 （1）齿轮材料的合金化 4 齿轮的淬火硬度取决于碳含量，其他合金元素是为了满足或改善各 种特殊性能，如：Cr、Mn、Mo、V可提高淬透性，V、Ti可控制高温下晶 粒度的长大，Ni可增加朔性和韧性，Mo、V可使渗氮后表面形成高硬度化 合物，Pb、Ce可改善切削性能。齿轮材料可根据不同的性能要求和成本 来考虑。 4 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术 4 （2） 齿轮材料的重要热处理特征

9、4 4 淬透性 4 淬硬性 4 过热的敏感性 4 回火的稳定性 4 变形开裂性 4 尺寸稳定性 4 回火脆性 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术 48 84 4 热处理变形控制措施热处理变形控制措施 4减小表面淬火变形的一般措施： 4 消除毛坯内应力细化组织（毛坯正火） 4 较低的淬火温度 （淬火前调质） 4 较短的加热时间 4 消除机加工应力 （淬火前600-650度预热） 4 均匀加热 4 缓和的冷却 4 增加齿轮毂体的强度 4减小齿轮渗碳淬火热处理变形的措施： 4 合理的齿轮结构设计 4 合理的加热淬火夹具及装夹方式 4 热处理前的齿轮加工尺寸调整（掌握变形规律、变

10、形补偿） 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术 4 8 85 5 热处理的常见缺陷及防止措施热处理的常见缺陷及防止措施 4 851 调质齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-1） 4 852 表面淬火齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-2） 4 853 渗碳淬火齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-3） 4 854 氮化齿轮常见缺陷及防止措施（见表8-4） 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术 48 86 6 热处理其它问题热处理其它问题 4有效硬化层深：一般为：（0.15）0.2Mn-0.25Mn (0.25Mn-0.3Mn) 4热处理变形：1、防变形， 4 2、变形

11、补偿，（大直径1000mm应考虑对磨齿留量的影响） 4 3、磨量一般不应超过0.5mm 4 材料与热处理对应问题 4 渗碳层深 4 硬度梯度（齿面硬度、心部硬度、齿面硬度降HRC1强度降20%） 4 热处理变形及变形补偿，（大直径1000mm应考虑对磨齿留量的影响） 第第8 8章章 齿轮材料与热处理技术齿轮材料与热处理技术 48.7 8.7 小模数的特点：小模数的特点： 4（1）齿面硬化容易淬透，硬度不宜过高； 4 对于模数小于1时，齿面硬度不宜过高。 4 对于模数大于1时，可以采用硬齿面磨齿（HRC56以上）。 4（2）不锈钢氮化工艺比较难控制。 4（3） 对于温度变化较大，必须考虑齿轮和箱

12、体材料线膨胀系数 不同。尽量采用齿轮和箱体材料线膨胀系数是相同的。 第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题 49 91 1 齿轮加工的方法齿轮加工的方法 （）滚切法（滚齿、滚插，滚磨） （）成形法（铣齿、插齿、拉齿、成形磨齿） （）空间形法（铸造、压铸、模锻） 第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题 49 92 2 齿轮加工应注意的问题齿轮加工应注意的问题 4921 滚插法时应注意的问题 （1）刀具磨损 （2）齿根圆角半径 （3）齿顶棱角倒圆 （4）加工齿轮时有冲击载荷产生 （5）大模数开槽调质，初滚、精滚。 第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺

13、有关问题 4922 磨齿时应注意的问题 （1）磨削台阶 （2）磨削烧伤 （3）磨削裂纹 （4）磨削留量与变形 （5）齿根磨削（不能磨齿根，压应力变拉应力） （6）齿根喷丸强化处理。 第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题 49 93 3 小模数齿轮加工小模数齿轮加工 4931 对材料的要求 4 材料加工性能好 4 容易得当较好的表面粗糙度 4 材料稳定性好 4 根据工况要求考虑强度和齿面硬度 4小模数齿轮常用的材料： 4一般用途齿轮选用碳素钢或优质碳素钢 4高强度的齿轮选用合金钢，抗腐蚀性的齿轮选用不锈钢 第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题 49.3.2

14、 9.3.2 小模数齿轮的技术要求小模数齿轮的技术要求 4 运动精度 4 工作平稳 4 接触性能好 4 合理的侧隙 第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题 49.3.3 9.3.3 小模数齿轮的加工特点小模数齿轮的加工特点 4 （1）小模数齿轮加工过程时要防止齿轮变形和断 裂 4 （2）单级传动比大，小轮齿数较少 4 （3）加工设备和工具的精度要求 4 （4）加工车间要有较好的环境要求 第第9 9章章 齿轮加工工艺有关问题齿轮加工工艺有关问题 4 9.3.4 9.3.4小模数齿轮的加工方法小模数齿轮的加工方法 4 滚齿、插齿、磨齿等 4 无切屑加工方法有：冷扎、热扎、粉末 冶

15、金（烧结成型）、注塑成型。 第第1010章章 润滑设计润滑设计 410101 1 齿轮润滑特点齿轮润滑特点 4 润滑剂是齿轮传动的一个元件，其作用十分重要 4 齿轮传动中存在滚动和滑动，润滑状态会随时间而 变化 4 齿面压力大 第第1010章章 润滑设计润滑设计 410102 2 润滑剂的作用润滑剂的作用 4 减少磨擦 4 散热 4 防绣 4 降低振动冲击和噪声 4 排污 第第1010章章 润滑设计润滑设计 410103 3 润滑剂应具备的主要性质润滑剂应具备的主要性质 4 具有合适的黏度和流动性 4 具有良好的抗磨损性 4 具有良好的氧化安定性 4 抗乳化性 4 抗泡沫性 4 防锈性 4 抗

16、腐蚀性 4 无毒性 第第1010章章 润滑设计润滑设计 410104 4 润滑的状态润滑的状态 4 边界润滑 4 混合润滑 4 全模润滑 第第1010章章 润滑设计润滑设计 410105 5 润滑对齿轮失效的影响润滑对齿轮失效的影响 4 主要抗点蚀、磨损、胶合。 第第1010章章 润滑设计润滑设计 410106 6 选用润滑油方法选用润滑油方法 4 选用润滑油考虑的因素： 4 从啮合原理考虑（渐开线平行轴、蜗杆传动） 4 从负荷和速度考虑（高速轻载、高速重载、低速重载） 4 从润滑状态考虑（ 边界润滑、 混合润滑、 全模润滑） 4 从工作、环境条件考虑（抗氧化、腐蚀、防锈、环境温度等） 4 润

17、滑油的使用要求： 4 齿面负荷 4 环境温度（-40-+50） 4 油池温度（95度） 4 其他条件（阳光、湿度、灰尘等） 4 低温齿轮油 4 油池加热器 4 冷却 第第1010章章 润滑设计润滑设计 410108 8 小模数齿轮的润滑小模数齿轮的润滑 4 小模数齿轮传动的传动功率小，抗外界干扰能力差。振动、冲击、灰尘、磁 力和油垢等都会影响正常工作。小模数齿轮传动一般都没有完整的润滑系统，经 常在润滑不良的条件下工作，有些齿轮还在半干摩擦状态下工作。 4无论采用润滑油还是润滑脂，都要具有良好的抗老化性能、抗低温性能、抗磨损 性能、摩擦阻力要小，不易变质，不易挥发。 4 国产主要仪表润滑油有：

18、SH0138-92仪表油、SH0454-92精密仪表油、4122号 高低温仪表油（SH0465-92） 4 国产主要仪表润滑脂有：特12号精密仪表润滑脂，使用温度-70110度， 4锂基润滑脂7007-7012，使用温度-60120度，烃基润滑脂ZJ53-3，使用温度- 6055度。 第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声 4 齿轮的振动与噪声受齿轮系统各因素 的影响是复杂的。如：齿轮在运行中受 齿轮误差、装配误差、啮合刚度、轴的 刚度和主动机及工作机等的复杂影响。 第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声 4111 引起振动与噪声的主要原因：引起振动与噪声的主要原因： 4 基节

19、误差和齿形误差对振动与噪声的影响 4 轮齿变形对振动与噪声的影响 4 轴系结构的变形对振动与噪声的影响 4 啮合冲击（冲击力和冲击速度）对振动与噪声的影响 4 径向误差对振动与噪声的影响 4 共振引起的振动噪声 4齿轮的振动与噪声受传递功率的影响 4小的齿宽对齿轮的振动与噪声有明显的影响 第第11章章 齿轮的振动与噪声齿轮的振动与噪声 4112 降低振动与噪声的措施降低振动与噪声的措施 4 几何参数的合理选择（模数较小、重合度大、变位合 理选择、压力角） 4 提高齿轮精度 4 降低结构的变形 4 齿廓修形对降低噪声是有效的。 4 合理的运行转速 4 减振的材料选择 第第1212章章 齿轮箱其他

20、有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题 412121 1 小模数齿轮传动其它问题小模数齿轮传动其它问题 41211 小模数齿轮传动对回差影响因素 4 回差是精密齿轮传动装置的一项重要的质量指标，它直接影响伺服精度和系统的稳定性，在 精密机械和仪器中则直接影响传动链的传动精度。 4 回差大小取决于传动侧隙大小。 进刀误差对侧隙影响（控制加工误差） 齿轮双啮的径向综合误差对侧隙影响（控制加工误差） 中心距偏差对侧隙影响（控制加工误差） 传动轴弹性变形对侧隙影响（提高系统刚度） 温度变化对侧隙影响（齿轮和箱体材料膨胀系数一致） 4 当环境温度变化时，由于传动系统各零部件的材料热膨胀系数不同，导致箱体中心

21、距和齿 轮副的中心距的变化不同，从而导致齿轮副的侧隙变化，而影响回差。 第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题 41212 小模数齿轮传动回差控制方法 选择装配法（用于批量、配对法，来减少偏差） 可移动轴承法（借助可移动轴承调节中心距，减小侧隙） 单偏心轴承套法（用单个偏心套调节） 双偏心轴承套法（用两个偏心套调节） 锥形齿轮法（齿宽方向不同变位系数，两轮锥度方向相反） 夹层齿轮法（如尼龙齿轮略大于一般齿轮，达到控制回侧隙目的） 弹簧加载浮动齿轮法（一个齿轮固定，另一个齿轮由弹簧拉紧）等等。 第第1212章章 齿轮箱其他有关设计问题齿轮箱其他有关设计问题 41213 小模数齿轮传动装置的结构设计 4 小模数齿轮传动装置的结构设计对精密齿轮传动的精度、回差、振动和噪声等有密切关系。 1 齿轮结构设计 要考虑毛坯夹装到加工机床上应有足够的刚度，避免影响被切齿轮的