《机械设计基础》课件-第9章 齿轮传动

机械设计基础BasicsofMechanicalDesign明德砺志求知笃行明德砺志求知笃行第9章齿轮传动9-1齿轮传动的特点和分类9-2齿廓啮合的基本定律9-3渐开线齿廓重点:齿轮传动的特点、分类难点:渐开线的形成和基本性质明德砺志求知笃行提问：日常学习生活中哪里用到了齿轮传动呢？钟表、机床、汽车、减速器等明德砺志求知笃行明德砺志求知笃行9-1齿轮传动的特点和分类提问：齿轮传动有何特点？（优点和缺点）明德砺志求知笃行9-1齿轮传动的特点和分类一、齿轮传动的特点齿轮传动的特点1.效率高；2.传动比稳定；3.工作可靠，寿命长；4.适用的速度和功率范围广；5.可实现任意轴之间的传动；6.制造成本高；7.精度低时噪声大；8.不宜于远距离传动。明德砺志求知笃行9-1齿轮传动的特点和分类二、齿轮传动的分类分类1.按轴线的相对位置：平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动、交错轴齿轮传动。2.按齿线形状：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、人字齿轮传动。3.按啮合位置：外啮合、内啮合；4.按齿廓曲线形状：渐开线、摆线、圆弧齿轮；5.按是否封闭：开式、闭式传动。明德砺志求知笃行9-1齿轮传动的特点和分类外啮合直齿内啮合直齿齿轮齿条外啮合斜齿外啮合人字齿蜗杆传动交错轴斜齿轮直齿锥齿轮斜齿锥齿轮曲齿锥齿轮直齿圆柱齿轮机构1）外啮合齿轮传动2）内啮合齿轮传动3）齿轮齿条啮合

平面齿轮机构1.直齿圆柱

齿轮传动3.人字齿轮传动2.斜齿圆柱齿轮传动

空间齿轮机构传递两相交.交错轴之间的运动。1.锥齿轮传动：传递任意两相交轴间运动。

轮齿分布形式有：1）直齿2）斜齿3）曲齿2.交错轴斜齿轮传动

(螺旋齿轮传动)：传递空间任意交错两轴间的运动。3.蜗轮蜗杆传动：传递空间交错两轴间的运动。明德砺志求知笃行第9章齿轮传动9-1齿轮传动的特点和分类9-2齿廓啮合的基本定律9-3渐开线齿廓重点:齿轮传动的特点、分类难点:渐开线的形成和基本性质明德砺志求知笃行9-2齿廓啮合的基本定律基本要求必要的工作平稳性；i=

1/2足够的强度。平稳性要求瞬时传动比(角速度之比)恒定。

齿廓啮合基本定律就是研究当齿廓形状符合什么条件时，才能满足这一基本要求。明德砺志求知笃行9-2齿廓啮合的基本定律一、齿廓啮合的基本定律如右图所示：齿廓E1和E2在K点啮合过K点作两齿廓的公法线n-n，它与连心线O1O2的交点C称为节点。以点O1为圆心、r1′=O1C为半径的圆和以点O2为圆心、r2′=O2C为半径的圆称为节圆。明德砺志求知笃行9-2齿廓啮合的基本定律1、

一对传动齿轮的瞬时角速度与其连心线O1O2被齿廓接触点公法线所分割的两线段长度成反比。上式表明：齿廓啮合基本定律2、显然要使两齿轮瞬时角速度比恒定不变，必须使C点为连心线上的固定点。或者说要使齿轮传动得到定传动比，不论齿廓在任何位置接触，过接触点所作的齿廓公法线都必须与连心线交于一定点。明德砺志求知笃行9-2齿廓啮合的基本定律主动齿轮1的齿廓与从动齿轮2的齿廓在K点啮合，要保证两齿轮齿廓高副接触，它们在点的速度沿公法线方向的分量应相等。即由于，那么

故两轮的瞬时传动比为：

明德砺志求知笃行9-2齿廓啮合的基本定律

为了使两齿轮的传动比为一常数，齿廓的形状必须能实现不论齿廓在任何位置接触，过接触点所作的两齿廓的公法线必须与连心线交于一定点C。齿廓啮合基本定律2.节圆：过节点所作的两相切的圆。1.

节点：公法线n—n与连心线O1O2的交点C。3.共轭齿廓：凡能满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓。明德砺志求知笃行9-3渐开线齿廓一、渐开线的形成一直线在一个圆周上做纯滚动时，直线上任意一点K的轨迹称为该圆渐开线。明德砺志求知笃行9-3渐开线齿廓渐开线发生线基圆F向径rK压力角aKaKqKK基圆半径rbvKrKrb展角AN明德砺志求知笃行9-3渐开线齿廓AKNOrb二、渐开线的特性1、NK=AN发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的圆弧长度。明德砺志求知笃行9-3渐开线齿廓当基圆半径趋于无穷大时，渐开线成为斜直线。它就是渐开线齿条的齿廓。3、渐开线的形状取决于基圆的大小。C1A1N1C2A2O2rb2N2O38N38A38C3O1rb1K明德砺志求知笃行9-3渐开线齿廓推论同一基圆上渐开线形状相同同一基圆所生成的同向渐开线为法向等距曲线两反向渐开线公法线处处相等（等于两渐开线间的基圆弧长）OC2AC1NA1N1A2N2N1N2K1K2同一基圆上任意两条渐开线的公法线处处相等明德砺志求知笃行9-3渐开线齿廓4、基圆以内无渐开线。弧长等于发生线，基圆切线是法线，曲线形状随基圆，基圆内无渐开线。明德砺志求知笃行9-3渐开线齿廓AKNOrK5、渐开线上点Ｋ的压力角在不考虑摩擦力、重力和惯性力的条件下，一对齿廓相互啮合时，齿轮上接触点Ｋ所受到的法线与受力点速度方向之间所夹的锐角，称为齿轮齿廓在该点的压力角。

渐开线齿廓各点具有不同的压力角。离基圆中心Ｏ愈远，压力角愈大。基圆上的压力角为零。rbVkPkcosαK=ON/OK=rb/rK明德砺志求知笃行9-3渐开线齿廓三、渐开线方程式及渐开线函数以O为中心，以OK0为极轴的渐开线上K点的极坐标方程：工程上用inv

K

表示

K

并称其为渐开线函数明德砺志求知笃行小结1、了解齿轮的分类和特点；2、齿轮啮合定律是什么；3、渐开线是如何形成的，有何特点；4、渐开线方程是什么。明德砺志求知笃行第9章齿轮传动9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动重点:齿轮各部分的名称和基本参数、几何尺寸的计算难点:齿轮副的正确啮合条件、连续传动的条件9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸提问：齿轮的尺寸由哪些参数决定？一、齿轮各部分名称及符号9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸1、齿数z2、齿顶圆（da、ra）2、齿根圆（df、rf）3、齿厚(sk)4、齿槽宽(ek)pk=sk+ek5、齿距(pk)

6、分度圆(d、r)：具有标准模数和标准压力角的圆（决定因素：dπ=pz）。7、齿顶高ha8、齿根高hf

9、全齿高hh=ha+hf一、齿轮各部分名称及符号9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸二、基本参数9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸②模数——m①齿数——z，分度圆周长：πd=zp人为规定：m=p/π只能取某些简单值，称为模数m。

0.350.70.91.752.252.75(3.25)3.5(3.75)第二系列4.55.5(6.5)79(11)14182228(30)3645

0.10.120.150.20.250.50.40.50.60.8第一系列

11.251.522.5345681012162025324050

为了便于制造、检验和互换使用，国标GB1357-87规定了标准模数系列。二、基本参数9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸模数的单位：mm，它是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮，模数大，尺寸也大。m=4z=16m=2z=16m=1z=16二、基本参数9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸③分度圆压力角同一齿廓不同半径处的压力角不同分度圆：齿顶圆：基圆：rbOAriKBB1K1r1

i

i

1

1轮齿上，基圆压力角等于零齿顶圆上压力角最大分度圆上压力角为标准值，我国采用20°为标准值二、基本参数9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸④齿顶高系数⑤顶隙系数：为了以模数m表示齿轮的几何尺寸，规定齿顶高和齿根高分别为：这两个参数也已经标准化，其值分别为：正常齿短齿以上5个参数为齿轮的基本参数。二、基本参数9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸二、基本参数9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸例题：一对标准渐开线齿轮Z1=20，Z2=60,m=4mm，试求两齿轮的齿距P1、P2，基圆齿距Pb1、Pb2，基圆半径da1、da2，齿根圆直径df1、df2.（书P140）9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸练习：某采煤机截割部齿轮传动箱中有一对渐开线标准正常齿制直齿圆柱齿轮传动，已知m=7，z1=21，z2=37，试计算分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、齿厚和标准中心距。解：d1=z1m=21×7=147mmd2=z2m=37×7=259mmda1=(z1+2)m=(21+2)×7=161mmda2=(z2+2)m=(37+2)×7=273mmdf1=(z1-2.5)m=(21-2.5)×7=129.5mmdf2=(z2-2.5)m=(37-2.5)×7=241.5mmdb1=d1cosα=147×cos20°=138.13mmdb2=d2cosα=147×cos20°=243.38mms1=s2=πm/2=π×7/2=10.99mma=m（z1+z2）/2=7×（21+37）/2=203mm

明德砺志求知笃行第9章齿轮传动9-4渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动重点:齿轮各部分的名称和基本参数、几何尺寸的计算难点:齿轮副的正确啮合条件、连续传动的条件明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动一、正确啮合条件一对渐开线齿廓能满足啮合基本定律就能保证定传动比传动，但这并不意味着任意的两个渐开线齿轮都能正确地啮合传动。根据渐开线性质，两轮齿法向齿距应分别等于两轮齿基圆齿距。明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动左图所示为一对渐开线齿轮啮合的情况。设前一对齿轮在K点接触，后一对齿轮在K'点接触。为使前后两轮齿能同时在啮合线上接触，必须使法向齿距K1K'1

＝K2K'2明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动由于模数、压力角均已标准化，事实上很难拼凑满足上述关系，所以要满足上式，必须使：m1cosa1=m2cosa2正确啮合条件：明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动二、一对齿轮的啮合过程啮合线N1N2理论啮合线段：N1N2(啮合极限点)开始啮合时，主动轮的齿根与从动轮的齿顶接触，逐渐下移主动轮：齿根

齿顶从动轮：齿顶

齿根脱离啮合时，主动轮齿顶与从动轮的齿根接触起始啮合点：从动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B2终止啮合点：主动轮的齿顶圆与啮合线N1N2的交点B1实际啮合线段：B1B2齿顶圆加大，B2、B1趋近于N1、N2齿廓实际工作段rb2O2

1

2N2O1rb1PN1ra1ra2B1B2明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动三、重合度1、渐开线齿廓传动平稳性啮合线：啮合点的轨迹N1N2啮合点的公法线：N1N2二基圆内公切线：

N1N2接触点正压力方向：N1N2基圆的内公切线N1N2为(理论)啮合线啮合点均在啮合线N1N2上rb2O2

1

2N2O1rb1PN1KK’四线合一明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动N2N1B1B2(a)

1B1B2<Pn

1(b)N1B2B1N2B1B2=PnN2B1B2(c)N1

1B1B2>Pn2、齿轮传动的连续性条件

一对齿轮啮合传动时，前一对轮齿即将分离以前，后一对轮齿必须进入啮合。明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动3、重合度定义一工程要求：齿轮有可能在啮合线上两点同时接触几何条件：B1B2≥

pb

重合度：O1O2

1

2pbN2N1B2B1K

a2’ra2

a1ra1’rb1rb2O1O2N2N1B1B2P连续传动条件:

≥1明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动重合度的意义重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标。在一般机械制造中常使e≥1.1～1.4。对于标准齿轮传动，一般都能满足这一条件。重合度愈大，表示两对齿同时啮合的时间愈长，同时参与啮合的轮齿对数愈多，传动愈平稳，每对轮齿所承受的载荷小，总体承载能力愈大。明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动比较节圆(啮合参数)分度圆(几何参数)啮合角(啮合参数)压力角(几何参数)节点：啮合接触点的公法线与连心线的交点节圆：过节点的圆啮合线：齿廓接触点的轨迹啮合角：节圆的公切线与啮合线N1N2之间的夹角(锐角)分度圆：齿轮上模数和压力角均为标准值的圆压力角：齿轮齿廓上的法线与速度方向之间的夹角(锐角)

1ra1r1rf1rb1O1N1N2

2ra2r2rf2rb2O2’=NrarrfrbO2

明德砺志求知笃行9-6渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动分度圆与节圆的区别分度圆节圆1.定义模数和压力角为标准值的一个特定圆，为计算方便所取的基准圆传动过程中作纯滚动的圆，节点相对齿轮的运动轨迹2.性质一个齿轮有一个分度圆一对齿轮啮合时才有3.大小d=mz，固定不变随中心距变化而变化4.位置标准安装时两分度圆相切，非标准安装时相交或分离两节圆始终相切5.压力角标准值α=20°随节圆直径变化而变化明德砺志求知笃行小结1、了解齿轮的基本参数及计算公式；2、齿轮啮合传动的基本定律和过程；3、齿轮连续传动的条件是什么。明德砺志求知笃行第9章齿轮传动§9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象§9.8变位齿轮传动简介重点:齿轮的加工方法、根切现象、变位齿轮难点:根切现象、避免根切的最少齿数9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象一、渐开线齿廓的加工原理齿轮加工方法铸造法热轧法冲压法粉末冶金法模锻法切削加工仿形法范成法(展成法、共轭法、包络法)铣削拉削盘铣刀指状铣刀剃齿磨齿滚齿插齿9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象粉末冶金齿轮，在整个粉末冶金零件中难以单独统计，但无论是按重量还是按零件数量，粉末冶金齿轮在各种机械、汽车、摩托车中所占的比例都远远大于其他领域中的粉末冶金零件9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象轮齿加工的2种常用方法：仿形法——刀具切削刃的形状，在其轴向剖面内与被切齿轮齿槽的形状相同。范成法——利用齿轮啮合原理加工齿廓。9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象一、仿形法盘状铣刀切制齿轮时：铣刀转动；同时齿轮毛坯沿齿轮轴线的方向移动；切出一个齿槽后，由分度机构将轮坯转过360o/z再切制第二个齿槽，直至整个齿轮加工结束。刀具切削刃的形状，在其轴向剖面内与被切齿轮齿槽的形状相同。常用的有盘状铣刀和指状铣刀。盘状铣刀能否加工人字形齿轮？9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象一、仿形法用仿形法加工齿轮有何优缺点？指状铣刀加工齿轮与用盘状铣刀时相似。指状铣刀常用于加工大模数(如m>10mm)的齿轮，并可以切制人字齿轮。9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象一、仿形法仿形法的优点：加工方法简单，不需要专门的齿轮加工设备。缺点：由于铣制相同模数不同齿数的齿轮是用一组有限数目的齿轮铣刀来完成的，所选铣刀不可能与要求齿形准确吻合，加工出的齿形不够准确，轮齿的分度有误差，制造精度较低；由于切削是断续的，生产效率低。仿形法常用于单件、修配或少量生产及齿轮精度要求不高的齿轮加工圆盘铣刀加工齿数的范围刀号12345678加工齿数范围12~1314~1617～2021～2526～3435～5455～134135以上9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象二、范成法利用一对齿轮啮合原理来加工齿廓；其中一个齿轮（或齿条）作为刀具，另一个齿轮则为被切齿轮毛坯；刀具相对于被切齿轮毛坯固联的坐标系上切出被加工齿轮的齿廓。9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象二、范成法2种范成法：插齿和滚齿9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象二、范成法2种范成法：插齿和滚齿9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象滚齿能加工内齿轮吗？9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象三、根切

用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过理论啮合线极限点N时，被加工齿轮齿根附近的渐开线齿廓将被切去一部分，这种现象称为根切（如图所示）。9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象三、根切分度圆基圆齿轮根切会有什么后果？①削弱轮齿的抗弯强度；②使重合度ε下降。9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象图9-27根切的产生9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象rrbpNB1OB2节线Ⅱ齿条刀刃齿顶线产生根切的原因当刀具齿顶线与啮合线的交点超过啮合极限点N，刀具由位置Ⅱ继续移动时，便将根部已切制出的渐开线齿廓再切去一部分。能否看出如何避免根切？1.齿条刀远离齿坯中心2.加大齿轮基圆半径增加齿数3.改变刀具齿顶高：非标齿轮9.7渐开线齿轮的切齿原理及根切现象标准外齿轮的最少齿数

实际应用中，为了使齿轮传动结构紧凑，允许又少量根切，可取Zmin=149.8变位齿轮传动简介一、变位齿轮的概念渐开线标准齿轮的局限性1、齿数z必须大于或等于zmin，否则将发生根切。2、不能适应中心距a’不等于标准中心距的场合3、一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小而啮合次数又较多，故小齿轮的强度较低，齿根部分磨损也较严重9.8变位齿轮传动简介改变刀具与齿坯相对位置后切制出来的齿轮称为变位齿轮刀具移动的距离xm称为变位量，x称为变位系数。刀具远离轮心的变位称为正变位，此时x>0；刀具移近轮心的变位称为负变位，此时x<0。标准齿轮就是变位系数x=0的齿轮。9.8变位齿轮传动简介标准齿轮分度圆基圆正变位负变位判断正变位和负变位齿轮？

若用同一把齿条刀切出齿数相同的标准齿轮、正变位齿轮及负变位齿轮的轮齿，它们的齿廓是相同基圆上的渐开线(齿形一样)，只是取渐开线的不同部位作为齿廓。明德砺志求知笃行小结1、常见齿轮加工的方法有哪些？2、仿形法和展成法加工有何特点？3、跟切产生的原因？避免产生根切的最小齿数是多少？4、什么是变位齿轮？有何特点？明德砺志求知笃行第9章齿轮传动§9.9齿轮传动的失效形式和设计准则§9.10齿轮常用材料及热处理重点:齿轮失效形式和原因、常用材料和热处理难点:齿轮失效形式、齿轮的热处理工艺9.9齿轮传动的失效形式和设计准则一、失效形式什么叫失效？齿轮传动过程中，若齿轮发生折断、齿面损坏等现象，则齿轮失去了正常的工作能力，称为失效。9.9齿轮传动的失效形式和设计准则一、失效形式常见的失效形式有：

（1）轮齿折断（2）齿面磨损（3）齿面点蚀（4）齿面胶合（5）塑性变形9.9齿轮传动的失效形式和设计准则一、失效形式

影响失效形式的主要因素：（1）齿轮传动的装置型式开式、半开式、闭式9.9齿轮传动的失效形式和设计准则一、失效形式

影响失效形式的主要因素：（2）使用情况速度：低速、高速；载荷：轻载、重载。（3）齿轮材料的性能及热处理工艺轮齿：较脆、较韧；齿面：较硬、较软。

由于上述条件的不同，齿轮传动也就出现了不同的失效形式。

一、失效形式

1、轮齿折断（1）齿根弯曲疲劳折断；（2）过载折断；（3）局部折断。提高轮齿的抗折断能力，可采取下列措施：

●

增大齿根过渡圆角半径，减少应力集中；

●

增大轴及支承的刚度，使受载均匀；

●

采用合适的热处理方法，使齿芯具有足够的韧性；

●

采用喷丸、液压等工艺对齿根表面进行强化处理。一、失效形式

2、齿面点蚀在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。增强轮齿抗点蚀能力的措施：●在啮合轮齿间加注润滑油可以减小摩擦，减缓点蚀；●在合理限度内，提高润滑油粘度，也可减缓点蚀的出现。一、失效形式2、齿面点蚀一对齿轮啮合时，点蚀最先出现在哪个位置？一、失效形式

3、齿面磨损齿面磨损可能出现的形式有多种，但主要是当啮合齿面间落入磨料性物质时，齿面即被逐渐磨损而致报废。这是开式齿轮传动的主要失效形式之一。改善润滑、密封条件，在润滑油中加入减摩添加剂，保持润滑油的清洁，提高齿面硬度等，均能提高齿面的抗磨料磨损。一、失效形式

3、齿面磨损齿轮磨损严重后会出现什么后果？一、失效形式4、齿面胶合高速重载：压力大，瞬时温升，润滑差，温度过高时，两齿面就会发生粘连，又滑动将相粘结的部位即被撒破，称为胶合。低速重载：油膜遭到破坏也会产生胶合。此时称为冷胶合。减小模数、降低齿高、采用角度变位齿轮以减小滑动系数，提高齿面硬度，采用抗胶合能力强的润滑油（极压油）等，均可减缓或防止齿面胶合。一、失效形式5、塑性变形在齿轮传动中，当有过大的应力作用时，轮齿材料可能产生塑性变形。适当提高齿面硬度，采用粘度较大的润滑油，可以减轻或防止齿面塑性流动一、失效形式

5、塑形变形硬齿轮和软齿轮啮合的时候，哪个齿轮会先出现塑形变形？二、设计准则

对于不同的工作情况及失效形式，确立相应的设计准则（1）目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。（2）对于高速大功率的齿轮传动，还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。二、设计准则

1、闭式齿轮传动在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。对于齿面硬度很高，齿芯强度又低的齿轮或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。对于功率较大的齿轮传动:例如输入功率超过75kW的闭式齿轮传动，发热量大，易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，为了控制温升，还应作散热能力计算。二、设计准则

2、开式（半开式）齿轮传动：按理应按保证齿面抗磨损和齿根抗折断能力两准则进行计算，由于抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，所以对于开式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式（半开式）齿轮传动的寿命，可视具体需要而将所求得的模数适当增大。二、设计准则

提高轮齿抗失效能力的一般措施●减小齿面粗糙度值；●适当选配主、从动齿轮的材料及硬度；●进行适当的磨合（跑合）；●选用合适的润滑剂及润滑方法。明德砺志求知笃行第9章齿轮传动§9.9齿轮传动的失效形式和设计准则§9.10齿轮常用材料及热处理重点:齿轮失效形式和原因、常用材料和热处理难点:齿轮失效形式、齿轮的热处理工艺9.10齿轮常用材料及热处理一、齿轮材料要求1.齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；2.齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：3.应有良好的加工工艺性能及热处理性能．使之便于加工且便于提高其力学性能。9.10齿轮常用材料及热处理二、常见材料和热处理常用的齿轮材料有锻钢、铸钢、铸铁。在某些情况下也选用工程塑料等非金属材料9.10齿轮常用材料及热处理二、常见材料和热处理常用的齿轮材料有锻钢、铸钢、铸铁。在某些情况下也选用工程塑料等非金属材料二、常见材料和热处理1．锻钢

锻钢经锻造后，改善了内部纤维组织，提高了强度，韧性好，并通过热处理可改善其他机械性能。大多数齿轮都用锻钢制造。（1）软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）：中碳钢：40、45、50、55等中碳合金钢：40Cr、40MnB、35SiMn等。特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造，常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。（2）硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）低碳、中碳合金钢：20Cr、20CrMnTi、20MnB、42SiMn等特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较高要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。二、常见材料和热处理3．铸铁

低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mmm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。2．铸钢

当齿轮的尺寸较大(大于400一600mm)而不便于锻造时．可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。4.非金属材料适用于高速轻载、精度要求不高的场合。

三、热处理1、调质

中碳钢和中碳合金钢，经过调质处理后，其机械强度、韧性等综合性能较好，齿面硬度一般为220~260HBS。因硬度不高，故可在热处理后精切齿形，以消除热处理变形。2、正火中碳钢正火后可使材料晶粒细化，增大机械强度和韧性，消除内应力，改善切削性能。3、表面淬火三、热处理

对于中碳钢和中碳合金钢进行表面淬火，齿面硬度可达50HRC左右，而芯部仍有较高的韧性，故接触强度高，耐磨性好，可承受一定的冲击载荷，适用于无剧烈冲击的齿轮传动。4、渗碳淬火对于含碳量0.15%~0.25%的低碳钢和低碳合金钢，渗碳淬火后齿面硬度可达56~62HRC，而芯部仍有较高的韧性，故齿面接触强度高，耐磨性好，常用于受冲击载荷的重要齿轮。变形大，需进行磨齿或用硬质合金滚刀滚刮。三、热处理5、表面渗氮——化学热处理

轮齿变形小，齿面硬度比渗碳齿轮高，适用于尺寸较大的外齿轮或难于磨齿的内齿轮。硬化层深度很小，故其承载能力稍低于渗碳齿轮，且不适用于有冲击载荷或有磨粒磨损的场合。注意：软齿面可通过调质和正火获得；小齿轮材料好些或齿面硬度稍高(30~50HBS)明德砺志求知笃行小结1、常见齿轮失效形式有哪些？产生原因是什么？2、齿轮设计准则有哪些？分布应用于哪种场合？3、齿轮材料有和要求？4、常见齿轮材料有哪些？常见热处理方式有哪些？明德砺志求知笃行第9章齿轮传动9.12平行轴斜齿圆柱齿轮传动9.13直齿锥齿轮传动9.15齿轮结构及润滑重点:斜齿圆柱齿轮主要参数和正确啮合条件;直齿锥齿轮传动转向的表达难点:斜齿圆柱齿轮正确啮合条件一、斜齿轮齿廓曲面的形成和啮合特点1.齿廓曲面的形成:渐开线是如何形成？直齿轮齿廓面如何形成？斜齿轮齿廓面如何形成？rbKBOA发生线KB在基圆上纯滚动时，发生线上（任一点）K点的轨迹——该圆的渐开线发生线KB基圆(半径rb

)（1）渐开线的形成过程rbKA（1）渐开线的形成过程rbKA（1）渐开线的形成过程rbKA（1）渐开线的形成过程rbKA（1）渐开线的形成过程rbKArbKA（1）渐开线的形成过程rbKA渐开线（1）渐开线的形成过程brbKK发生面上平行基圆柱母线的KK线基圆柱发生面（2）直齿轮齿廓面的形成brb从端面看：渐开线的形成需一发生线KK沿一基圆作纯滚动K

K

brbKKAA观察KK的运动brbKKAA观察KK的运动brbKKAA观察KK的运动brbKKAA观察KK的运动brbKKAA观察KK的运动brbKKAA渐开面渐开面与基圆柱的交线AA，平行于基圆柱母线与另一齿轮传动时，齿面沿齿宽同时进入且同时退出啮合。KbrbKAA作一与轴线垂直的平面KbrbKAA作一与轴线垂直的平面KbrbKAA作一与轴线垂直的平面brbKKAA垂直轴线的平面（端面）与齿面的交线为渐开线。AbrbKK发生面上的KK线不平行于基圆柱母线

b——基圆柱螺旋角（3）斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成brbKKAbrbKKAbrbKKAAKbrbKKAAbKKrbAAbKrbAAKbKrbAA齿面与基圆柱的交线AA——螺旋线KbKrbAAKK线形成齿面的轨迹——渐开螺旋面KbKrbAAK作一与轴线垂直的平面bKrbAAK作一与轴线垂直的平面bKrbAAK作一与轴线垂直的平面bKrbAAK该平面（端面）与齿面的交线为渐开线。2.斜齿轮的啮合特点渐开螺旋面斜齿轮1斜齿轮2啮合面上的KK线KK按顶圆作出轮齿观察与另一齿轮的啮合啮合面KKKK线KK线上参加接触的部分。观察齿面参加接触的变化情况前端面一点进入啮合接触线由短到长接触线由长到短后端面一点退出啮合brbKKAAAbKAAK精确的渐开线brbKKAAAbKAAK平行轴线的直线螺旋线直齿轮齿面的啮合情况与另一齿轮传动时，齿面沿齿宽同时进入且同时退出啮合。观察斜齿轮齿面的啮合情况与另一齿轮传动时，齿面沿一端面进入啮合，接触由一点开始，接触线由短变长，再由长变短，直到另一端面的一点而退出啮合。与直齿轮比较，斜齿轮传动平稳，减少了冲击，振动和噪音。2.斜齿轮的基本参数及几何尺寸计算(1).斜齿圆柱齿轮的螺旋角及模数

tt端面tt——与轴垂直的平面nn法面nn——与螺旋线垂直的平面端面与法面垂直于齿面作一平面，即法面N端面由于刀具沿螺旋线的切线方向进刀，故法面内的齿形与刀具的齿形一样，则轮齿的法面参数为刀具参数，取标准值。nn螺旋线方向（即

角的旋向）分：右旋：以齿轮回转轴线为准，右朝上左旋：以齿轮回转轴线为准，左朝上左右左右右旋