第九章齿轮传动

1、公元前二世纪西汉初年公元前二世纪西汉初年的金属铸造齿轮的金属铸造齿轮第九章第九章 齿轮传动齿轮传动91 概概 述述 一、齿轮传动的特点一、齿轮传动的特点 二、齿轮传动的主要类型二、齿轮传动的主要类型 1、按传动轴相对位置、按传动轴相对位置 优点：效率高，传动比恒定；结构紧凑，寿命长。优点：效率高，传动比恒定；结构紧凑，寿命长。 缺点：制造、安装精度要求；中心距不宜较大。缺点：制造、安装精度要求；中心距不宜较大。 2、按工作条件、按工作条件 3、按齿形、按齿形 渐开线渐开线、摆线、圆弧、摆线、圆弧 平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动 相交轴齿轮传动相交轴齿轮传动 交错轴齿轮传动交错轴齿轮传动 开式开式

2、半开式半开式闭式闭式 92 齿轮传动的失效形式与设计准则齿轮传动的失效形式与设计准则 一、失效形式一、失效形式 1 1、轮齿折断、轮齿折断闭式硬齿面闭式硬齿面齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式 弯曲疲劳折断弯曲疲劳折断 过载折断过载折断提高轮齿抗折断的能力：提高轮齿抗折断的能力： (1) 减小齿根应力集中。减小齿根应力集中。(2) 提高安装精度及支承刚度，避免偏载。提高安装精度及支承刚度，避免偏载。(3) 改善热处理使其有足够的齿芯韧性和齿面硬度。改善热处理使其有足够的齿芯韧性和齿面硬度。(4) 齿根部分进行表面强化处理齿根部分进行表面强化处理(喷丸、滚压等喷丸、滚压等)。折断部位：折断部位

3、： 直齿齿轮折断发生在齿根部位直齿齿轮折断发生在齿根部位斜齿轮折断为局部折断斜齿轮折断为局部折断设计时限制齿根弯曲应力小于许用值。设计时限制齿根弯曲应力小于许用值。2 2、齿面疲劳点蚀、齿面疲劳点蚀闭式软齿面闭式软齿面齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式 位置：节线附近位置：节线附近 原因：原因：(1) 单对齿啮合接触应力较大。单对齿啮合接触应力较大。 (2) 节线处相对滑动速度低，不易形成润滑油膜。节线处相对滑动速度低，不易形成润滑油膜。 (3) 润滑油起到媒介作用。润滑油起到媒介作用。防止轮齿疲劳点蚀的措施：防止轮齿疲劳点蚀的措施： (1) 提高齿面硬度。提高齿面硬度。(2) 降低表面粗糙

4、度。降低表面粗糙度。(3) 采用变位齿轮以增加综合曲率半径。采用变位齿轮以增加综合曲率半径。(4) 选用较高粘度润滑油。选用较高粘度润滑油。(5) 提高加工安装精度，改善散热。提高加工安装精度，改善散热。3、齿面磨损、齿面磨损开式开式齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式 防止齿面磨损措施：防止齿面磨损措施：(1) 提高齿面硬度提高齿面硬度(2) 降低表面粗糙度降低表面粗糙度(3) 降低滑动系数降低滑动系数 (4) 润滑油清洁更换润滑油清洁更换(5) 变开式为闭式变开式为闭式类型：齿面磨粒磨损类型：齿面磨粒磨损形式形式 高速重载高速重载摩擦热大，产生高温摩擦热大，产生高温压力大、滑动速度高压力大

5、、滑动速度高结点材料被剪切，形成剪切痕迹结点材料被剪切，形成剪切痕迹啮合齿面粘结啮合齿面粘结(冷焊结点冷焊结点)4、齿面胶合、齿面胶合高速重载高速重载齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式 热胶合热胶合高速重载高速重载冷胶合冷胶合低速重载，缺润滑油低速重载，缺润滑油防止齿面胶合措施：防止齿面胶合措施：(1) (1) 采用抗胶合能力强的润滑油；采用抗胶合能力强的润滑油；(2) (2) 降低滑动速度（变位或减小模数和齿高）；降低滑动速度（变位或减小模数和齿高）；(3) (3) 提高齿面硬度；提高齿面硬度；(4) (4) 降低粗糙度；降低粗糙度；(5) (5) 配对齿轮有适当的硬度差；配对齿轮有适当的

6、硬度差；(6) (6) 改善润滑与散热条件。改善润滑与散热条件。5、齿面塑性变形、齿面塑性变形低速重载低速重载齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式 齿面在过大的摩擦力作齿面在过大的摩擦力作用下处于屈服状态，产生沿用下处于屈服状态，产生沿摩擦力方向的齿面材料的塑摩擦力方向的齿面材料的塑性流动，从而使齿面正确轮性流动，从而使齿面正确轮廓曲线被破坏。廓曲线被破坏。形式形式 滚压塑变滚压塑变锤击塑变锤击塑变 防止塑性变形措施：防止塑性变形措施： (1) 提高齿面硬度；提高齿面硬度； (2) 采用高粘度的润滑油或加极压添加剂。采用高粘度的润滑油或加极压添加剂。二、设计准则二、设计准则齿面接触疲劳强度准则

7、齿面接触疲劳强度准则 齿根弯曲疲劳强度准则齿根弯曲疲劳强度准则 软齿面齿轮软齿面齿轮（HBS350） 硬齿面齿轮硬齿面齿轮（HBS350） 闭式齿轮传动闭式齿轮传动齿面疲劳点蚀齿面疲劳点蚀齿根弯曲疲劳折断齿根弯曲疲劳折断开式齿轮传动开式齿轮传动齿面磨损齿面磨损增大增大m和降低许用弯曲应力和降低许用弯曲应力93 齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理 一、常用的齿轮材料一、常用的齿轮材料 1、钢、钢 最常用，可通过热处理改善机械性能。最常用，可通过热处理改善机械性能。软齿面软齿面 适合对精度、强度和速度要求适合对精度、强度和速度要求 不高的齿轮传动。不高的齿轮传动。硬齿面硬齿面 适合高速重载及精密机械

8、。适合高速重载及精密机械。铸钢铸钢 ： 用于尺寸较大齿轮，强度稍低。用于尺寸较大齿轮，强度稍低。 2、铸铁、铸铁 脆、机械强度、抗冲击和耐磨性较差，脆、机械强度、抗冲击和耐磨性较差， 但抗胶合和点蚀能力强。但抗胶合和点蚀能力强。 用于工作平稳，低速，小功率场合。用于工作平稳，低速，小功率场合。基本要求基本要求 齿面要硬、齿芯要韧！齿面要硬、齿芯要韧！ 锻钢锻钢齿轮用铸铁可分为：灰铸铁和球墨铸铁。齿轮用铸铁可分为：灰铸铁和球墨铸铁。3、非金属材料、非金属材料 适合高速、轻载和精度不高传动。适合高速、轻载和精度不高传动。 包括：工程塑料、夹布胶木等。包括：工程塑料、夹布胶木等。特点：噪音较低，无需

9、润滑。特点：噪音较低，无需润滑。4、其他、其他 在某些低速、轻载和仪器仪表中还铜合金在某些低速、轻载和仪器仪表中还铜合金 和铝合金，具有耐腐蚀和自润滑等特性。和铝合金，具有耐腐蚀和自润滑等特性。原因原因： (1) 小齿轮齿根强度较弱小齿轮齿根强度较弱; (2) 小齿轮的应力循环次数较多小齿轮的应力循环次数较多; (3) 当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿 轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的 作用，可提高大齿轮的接触疲劳强度。作用，可提高大齿轮的接触疲劳强度。 6、钢制软齿面齿轮要求小齿轮硬度大于大齿轮、钢制软齿面齿轮要

10、求小齿轮硬度大于大齿轮30-50 HBS。二、齿轮材料的选择原则二、齿轮材料的选择原则 1、齿轮材料必须满足工作条件的要求。、齿轮材料必须满足工作条件的要求。5、考虑齿轮尺寸的大小、考虑齿轮尺寸的大小,毛坯成型方法和热处理及制造工艺。毛坯成型方法和热处理及制造工艺。2、正火碳钢、正火碳钢轻度冲击；调质钢轻度冲击；调质钢中等冲击。中等冲击。3、合金钢、合金钢高速，重载，冲击载荷。高速，重载，冲击载荷。4、飞行机器中的齿轮、飞行机器中的齿轮表面硬化的高强度合金钢。表面硬化的高强度合金钢。名义载荷名义载荷Fn 理想工作条件下齿面接触线理想工作条件下齿面接触线 上的法向载荷。上的法向载荷。计算载荷计算

11、载荷Fnc 实际工作条件下齿面所受载荷。实际工作条件下齿面所受载荷。 KKKKKvA 载荷系数：载荷系数： 94 齿齿 轮轮 传传 动动 的的 计计 算算 载载 荷荷 Fnc= K Fn工作情况系数工作情况系数 动载荷系数动载荷系数 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数 齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数 考虑齿轮啮合时，外部因素引起的附加动载荷对考虑齿轮啮合时，外部因素引起的附加动载荷对传动的影响。传动的影响。 外部因素：与原动机、工作机、联轴器等有关。外部因素：与原动机、工作机、联轴器等有关。 1、工作情况系数、工作情况系数KA 2、动载荷系数、动载荷系数Kv 考虑齿轮制造、安装误差及弹性变形等

12、内部因素考虑齿轮制造、安装误差及弹性变形等内部因素引起的附加动载荷的影响。引起的附加动载荷的影响。 主要影响因素：主要影响因素： (1) 齿轮的制造精度齿轮的制造精度Pb1Pb2 (2) 圆周速度圆周速度V pb2pb1pb22221P12pb1pb2P12a）当）当Pb2Pb1时时 b）当）当Pb20时一般齿顶变尖，齿根变厚，弯曲强度时一般齿顶变尖，齿根变厚，弯曲强度（正变位）（正变位） X0时一般齿顶变厚时一般齿顶变厚，齿根变薄，弯曲强度齿根变薄，弯曲强度（负变位）（负变位） 为保证一对齿轮等弯曲强度，为保证一对齿轮等弯曲强度， 小齿轮采用正变位，而大齿轮则采用负变位小齿轮采用正变位，而大

13、齿轮则采用负变位 。1、 要采用变位齿轮的齿形系数要采用变位齿轮的齿形系数YFa和应力修正系数和应力修正系数Ysa 。二、齿面接触疲劳强度计算二、齿面接触疲劳强度计算 1、 高度变位齿轮传动高度变位齿轮传动 节点区域系数节点区域系数ZH不变，不变，接触疲劳强度不变。接触疲劳强度不变。021 XXX , aa2、 角度变位齿轮传动角度变位齿轮传动 要修正节点区域系数：要修正节点区域系数： 021 XXX ,aa0 Xtt ,tt , 斜齿齿轮coscos2直齿齿轮cos222ttbHtgtgZ 0 X正传动，接触疲劳强度正传动，接触疲劳强度负传动，接触疲劳强度负传动，接触疲劳强度 cossin2

14、HZ三、齿轮传动变位的目的三、齿轮传动变位的目的 1、使、使Zmin，得到不根切的最少齿数。，得到不根切的最少齿数。2、提高弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。、提高弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。3、提高耐磨性和抗胶合性。、提高耐磨性和抗胶合性。910 齿齿 轮轮 的的 结结 构构 设设 计计 1、齿轮轴、齿轮轴 e2mt（2m，da160mm 3、腹板式齿轮、腹板式齿轮 da500mm 4、轮辐式齿轮、轮辐式齿轮 400mmda12m/s喷油润滑喷油润滑 1、V12m/s浸油润滑浸油润滑带油轮二、润滑剂的选择二、润滑剂的选择 表表9-11 本本 章章 重重 点点1 1、齿轮传动的主要类型？、齿轮传动的

15、主要类型？2 2、齿轮的主要失效形式与设计准则？、齿轮的主要失效形式与设计准则？3 3、钢制软齿面齿轮为何小齿轮硬度要高于大齿轮、钢制软齿面齿轮为何小齿轮硬度要高于大齿轮? ?4 4、齿轮传动的计算载荷中的载荷系数包括哪几项、齿轮传动的计算载荷中的载荷系数包括哪几项? ?5 5、直齿轮传动受力的大小和方向？、直齿轮传动受力的大小和方向？6 6、计算弯曲应力和接触应力的啮合点位置、计算弯曲应力和接触应力的啮合点位置? ?7 7、校核和设计公式中各项参数的含义、校核和设计公式中各项参数的含义? ?8 8、变位后的齿轮在强度方面有哪些改变、变位后的齿轮在强度方面有哪些改变? ?9 9、斜齿轮传动受力的大小和方向、当量齿轮和当量齿数？、斜齿轮传动受力的大小和方向、当量齿轮和当量齿数？10 10 锥齿轮传动受力的方向、当量齿轮和当量齿数？锥齿轮传动受力的方向、当量齿轮和当量齿数？第九章第九章 结束结束直齿圆柱齿轮直齿直齿曲齿曲齿斜齿斜齿斜齿圆柱