精密机械设计基础课件：第十一章 齿轮传动

1、 概述特点： 瞬时传动比恒定 传动效率高 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第十一章 齿轮传动齿轮传动的分类：按齿轮的工作条件：闭式：封闭在箱体内，安装精度高、润滑条件好开式：齿轮外露，不能防尘、周期润滑、精度低按齿面硬度：软齿面：HB350硬齿面：HB 35011-1 齿轮的失效形式1 、轮齿的折断脆性折断：脆性材料、冲击或过载疲劳折断：齿根应力集中，交变载荷反复作用，弯曲应力超过弯曲疲劳极限，产生微裂纹，疲劳裂纹扩展直齿斜齿轮齿折断2 、齿面疲劳点蚀防止点蚀：增加齿面硬度、降低粗糙度、合理选用润滑

2、油粘度点蚀原因：接触应力的反复作用，超过接触疲劳极限点蚀后果：轻者振动噪音，重者不能工作3 、齿面磨损防止磨损：改善润滑、提高齿面硬度、改用闭式传动磨损原因：齿面进入磨料磨损后果：齿形破坏、变薄引起冲击、振动，甚至断齿新齿轮副，初期齿轮表面接触处压强很大，磨损较快，以后摩擦面逐渐光洁，压强减小，磨损速度缓慢，这种磨损称为跑合。常有意在轻载荷下进行跑合，注意跑合后润滑油必须更换。汽车跑合：速度不超过100公里/小时，发动机转速不超过3000rpm,跑合里程3000公里。4 、齿面胶合胶合原因：相对滑动速度大，致使温度高、润滑失效胶合现象：两表面尖峰接触后粘结，再被撕开防止胶合：提高齿面硬度，减小

3、粗糙度，对低速传动采用粘度大的润滑油，对高速传动加抗胶合添加剂润滑油胶合后果：产生振动、噪声，不能工作5 、轮齿塑性变形防止塑性变形：提高齿面硬度、提高润滑油粘度齿体塑性变形：突然过载，引起齿体歪斜塑性变形原因：齿面软，润滑失效、摩擦变大齿面塑性变形：齿面表层材料沿摩擦力方向流动塑性变形后果：齿廓形状变化，破坏正确啮合轮齿塑性变形11-2 齿轮材料及热处理齿轮材料见表11-1常用的热处理方法：1、表面淬火用于中碳钢和中碳合金钢，45、40Cr，变形小，不需磨齿，外硬内韧，表面硬度52-56HRC，能承受一定的冲击载荷。2、渗碳淬火用于低碳钢和低碳合金钢，20、20Cr，变形较大，需磨齿，外硬内

4、韧，表面硬度56-62HRC，能承受较大的冲击载荷。3、调质用于中碳钢和中碳合金钢，45、40Cr，35SiMn，硬度220-260HBS，综合性能较好，易于精切，易跑合。4、正火硬度不高，用于机械强度要求不高的齿轮5、渗氮化学热处理，渗氮钢38CrMoAlA，变形小，表面硬度60-62HRC，不需磨齿。调质、正火为软齿面其它热处理为硬齿面同样条件下，小齿轮较薄弱，承载次数多，硬度应较大齿轮高11-3 齿轮传动的精度11-4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷一、轮齿受力分析圆周力径向力法向力力的大小：略去摩擦力力的方向判断:作用于主、从动轮上的各对力均大小相等，方向相反。Ft 在主动轮上与运

5、动方向相反，在从动轮上与运动方向相同。Fr 的方向与啮合方式有关，对于外啮合，主、从动轮上的径向力分别指向各自的轮心 。 二、计算载荷实际载荷还要考虑偏载和附加动载荷，通常以计算载荷KFn代替名义载荷Fn，K为载荷系数11-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算齿轮强度计算依据齿轮可能出现的失效形式，对闭式齿轮传动主要的失效形式是齿面疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀的原因是齿面接触应力超过了齿面接触疲劳极限。已知条件：T，u，最小齿数z1问题求解：根据接触应力，求齿轮参数m，z1,z2,d1,d2节线处通常是一对齿啮合，接触应力最大，也最容易发生点蚀，故常以节线处的接触应力作为计算依据

6、。节点处的曲率半径？将节线处的齿轮有关参数代入赫兹公式，得有d1,d2两个参数，还是不方便计算讨论：1、材料、传动比、齿宽系数一定时，齿面接触应力只与齿轮直径有关，与模数、齿数无直接关系；2、齿宽系数越大，齿轮直径越小3、齿宽系数大，容易造成偏载，取值见 P175表11-1，11-511-6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算计算轮齿弯曲应力时的两个问题：1、轮齿自啮合到分离，何时弯曲应力最大？2、怎样计算弯曲应力？齿轮齿顶受力时，弯曲应力最大，此时理论上讲有两对齿分担Fn，但考虑到加工和安装的误差，一般以一对齿承担全部法向载荷较为安全。计算弯曲应力时，轮齿可以简化为悬臂梁力学模型：危险截面位

7、置，简化成悬臂梁，30切线法 使齿根产生弯曲应力和剪应力 F2使齿根产生压应力 通常，压应力和剪应力与弯曲应力相比可以忽略不计引入齿宽系数，得模数设计公式：按齿面接触强度，是否需要计算两个齿轮？注意：1、表11-1中的弯曲疲劳极限为齿轮单侧工作得出，如果齿轮频繁正反转，应视为受对称循环应力，表中的数值要乘0.7。2、齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度都应得到满足。3、软齿面，点蚀是主要失效形式，按接触疲劳强度条件设计d1，按弯曲疲劳强度校核m4、硬齿面，轮齿疲劳折断是主要失效形式，按弯曲疲劳强度条件设计m ，按接触疲劳强度校核d1。11-7 设计圆柱齿轮时材料和参数的选取一、材料二、主要参数1、

8、齿数比u2、最小齿数3、齿宽系数d、齿宽b,表11-611-8 斜齿圆柱齿轮传动一、轮齿上的作用力11-10 齿轮的构造（1）齿轮轴如果圆柱齿轮齿根圆到键槽底面的径向距离e2.5m(mn),则可将齿轮与轴做成一体称为齿轮轴.(2)实心式齿轮 当da 200mm,且e2.5m(mn),则可做成实心式(3) 腹板式齿轮当da 500mm时，为了减少质量和节约材料，通常采用腹板式结构(4)轮辐式齿轮da=4001000mm,多采用轮辐式的铸造结构11-11 齿轮传动的润滑和效率作用：齿轮传动时，相啮合的齿面间承受很大压力，又有相对滑动，所以必须进行润滑润滑油除减小摩擦，还可以散热齿轮传动的润滑方式开式齿轮传动，因速度低，一般是人工定期加油或在齿面涂抹润滑脂闭式齿轮传动中，润滑方式取