齿轮基础知识

齿轮基础知识

齿轮的概念

轮缘上有齿，能连续啮合传递运动和动力的机械原件。

神奇的齿轮家族齿轮的分类

依照分类标准的不同，齿轮的分类方式有很多种

◆

按齿轮的齿廓曲线◆

按齿轮的外形◆

按轮齿所在的表面位置◆

按齿线的形状◆

按齿轮传动时轴的相对位置◆

按轮齿的齿面硬度齿轮的分类按齿轮的齿廓曲线渐开线齿轮摆线齿轮

圆弧齿轮

返回按齿轮的外形圆柱齿轮锥齿轮：用于传递相交轴或交错轴之间的运动和动力圆柱直齿轮圆柱斜齿轮直齿锥齿轮斜齿锥齿轮弧齿锥齿轮返回圆柱人字齿轮按齿轮的外形非圆齿轮蜗轮—蜗杆齿条返回按轮齿所在的表面位置内齿轮外齿轮返回按齿线的形状斜齿轮人字齿轮曲线齿轮直齿轮返回按齿轮传动时轴的相对位置单轴齿轮传动平行轴、相交轴、交错轴组图返回按齿轮传动时轴的相对位置◆平行轴齿轮传动直齿圆柱齿轮斜齿人字齿非圆柱齿轮返回按齿轮传动时轴的相对位置直锥◆相交轴齿轮传动斜锥弧锥返回按齿轮传动时轴的相对位置◆交错轴齿轮传动

准双曲面齿轮传动弧齿（不相交）蜗轮蜗杆副交错轴斜齿轮返回按齿轮传动时轴的相对位置平行轴相交轴交错轴交错轴交错轴交错轴返回按轮齿的齿面硬度软齿面齿轮（≤350HB）硬齿面齿轮（＞350HB）HB:布氏硬度（多用于淬火前的硬度表示）HR:洛氏硬度（多用于淬火后的硬度表示）返回圆弧齿轮

小齿轮为凸圆弧齿廓，大齿轮为凹圆弧齿廓，称单圆弧齿轮传动，常用于高速重载的汽轮机、压缩机和低速重载的轧钢机等设备上；

大、小齿轮在各自的节圆以外部分都做成凸圆弧齿廓，在节圆以内的部分都做成凹圆弧齿廓，称双圆弧齿轮传动，常用于大型轧钢机的主传动返回齿轮传动的主要用途

1.传递运动和转矩：传递任意两轴之间的运动和转矩。

2.变换运动方式：将转动变为移动或将移动变为转动。

3.变速：将高转速变为低转速或将低转速变为高转速。标准渐开线圆柱直齿外齿轮介绍一种最常见的齿轮什么叫渐开线？发生线在圆上做无滑动的纯滚动，所走过的曲线即为渐开线。渐开线的展成原理变位齿轮当齿轮的齿数少于一定数量时，切齿时齿根会被挖出凹痕，使齿根部位变细，这种现象被称为根切。为了防止根切现象的发生，产生了变位的想法。变位除了可以避免根切，还可以起到调节齿轮啮合中的中心距作用。变位齿轮变位齿轮传动可分为高度变位齿轮传动和角度变位齿轮传动。通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置或改变标准刀具的齿槽宽切制出的齿形为非标准渐开线齿形的齿轮。切制轮齿时，改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置称为高度变位。改变标准刀具的齿槽宽称为角度变位。最常用的是高度变位，角度变位一般用于圆锥齿轮的变位。用展成法加工齿轮时,若齿条形刀具的中线NN与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，加工出来的齿轮称为标准齿轮。若齿条形刀具的中线不与齿轮毛坯的分度圆相切，而是与刀具中线平行的另一条分度线（机床节线）与齿轮毛坯的分度圆相切并作纯滚动，则加工出来的齿轮称为高度变位齿轮。加工高度变位齿轮时，齿条形刀具的中线相对被加工齿轮分度圆移动的距离称为变位量,用xm表示,x称为变位系数，m为模数。通常规定，刀具中线相对轮心移远时，x取正值,称为正变位；刀具中线相对轮心移近时，x取负值，称为负变位。变位齿轮

变位齿轮

变位齿轮与标准齿轮相比，其模数、齿数、压力角均无变化；但是正变位时，齿廓曲线段离基圆较远，齿顶圆和齿根圆也相应增大，齿根高减小，齿顶高增大，分度圆齿厚与齿根圆齿厚都增大，但齿顶容易变尖；负变位时，齿廓曲线段离基圆较近，齿顶圆和齿根圆也相应减小，齿根高增大，齿顶高减小，分度圆齿厚和齿根圆齿厚都减小。变位齿轮高度变位齿轮传动又称变位零传动，其特点是两轮的变位系数x1+x2=0。因此，高度变位齿轮传动的啮合角α′等于压力角α，即α′=α；节圆与分度圆重合，即r′=r；中心距a′等于标准齿轮传动的中心距a，即a′=a。但由于变位齿轮齿顶高和齿根高发生了变化，高度变位齿轮传动可用于中心距等于标准中心距，而又需要提高小齿轮齿根弯曲强度和减小磨损的场合。变位齿轮

角度变位齿轮传动的特点是x1+x2≠0，故α′≠α，r′≠r，a′≠a。与标准齿轮传动相比，其啮合角发生了变化。当x1+x2>0时，称为正传动，此时α′>α，r′>r,a′>a。采用正传动可以提高轮齿的接触强度和弯曲强度，改善轮齿的磨损，凑配中心距，但重合度有所减小。当x1+x2<0时，称为负传动，此时α′<α，r′<r，a′<a。采用负传动除重合度有所增大外，轮齿弯曲强度降低，磨损加剧。因此，除凑配中心距外，尽量不采用负传动。变位齿轮变位齿轮的作用

1）防止根切：如前所述，若滚齿切制的标准齿轮齿数小于17，则会发生根切现象，影响实际使用。

2）调节中心距：标准齿轮中心距用a表示，若实际需要的中心距（用A表示）A<a时，就根本无法安装；若A>a,可以安装，却产生大的侧隙，重合度也降低，都影响了传动的平稳性。

3）增强齿轮强度：一对啮合的标准齿轮，由于小齿轮齿根厚度薄，参与啮合的次数又较多，因此强度较低，容易损坏，影响了齿轮传动的承载能力。

4）减小齿轮传动的结构尺寸，减轻重量：在传动比一定的情况下，可是小齿轮齿数尽可能的少，从而使传动的结构尺寸减小，减轻机构重量。

5)修复破损旧齿轮：齿轮传动中，小齿轮磨损较重，大齿轮磨损较轻，可以利用变位把大齿轮齿面磨损部位切去再使用，重配一个正变位小齿轮，这就节约了修配是需要的材料与加工费用。变位齿轮

齿轮传动的失效形式齿轮传动因其润滑方式不同，材料及热处理方式不同，齿轮传动的载荷和速度范围不同，即工作条件及齿面硬度的不同，所表现出的主要失效形式也不同。下面分别讨论各种主要的失效形式：失效部位:一般情况下，齿轮传动的失效部位主要集中在轮齿（带传动的失效部位是带，链传动的失效部位是链条）。一、失效形式

1.轮齿折断(ToothFracture)轮齿折断分类及产生的原因过载折断折断分类疲劳折断疲劳折断产生原因：①齿根处弯曲应力较大；②齿根处过渡圆弧处有应力集中，当轮齿重复受载后，弯曲变应力的作用，齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。过载折断产生原因：①突然过载或者强烈冲击；②模数太小，齿根厚度太小，材料太脆。全齿折断：直齿轮局部折断：斜齿轮接触线倾斜、齿宽方向接触不良折断形式在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。若制造及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即使是直齿圆柱齿轮，也会发生局部折断。产生的部位：通常发生在轮齿的根部。因轮齿受力似悬臂梁受力情况，齿的根部应力最大且有应力集中。轮齿折断是一种最危险的失效形式，应避免其发生。轮齿折断实例防止或减轻的途径：设计保证sF≤[sF]增大齿根圆角半径适当降低齿根圆角表面粗糙度齿根处采用强化措施(如喷丸处理)避免出现热处理裂纹减轻加工损伤，如磨削烧伤、滚切拉伤增大轴及轴承的刚性，使齿轮接触线上受载均匀采用合理的热处理方法，齿芯有足够的韧性2.齿面点蚀(SurfacePitting)齿面点蚀的概念：齿轮工作时，齿面受脉动循环变应力的作用。在这种变应力的作用之下，齿面首先产生疲劳裂纹，然后齿面金属小块剥落，形成小凹坑。这种小凹坑不断增多或扩展成大凹坑，这种现象称为齿面点蚀。①齿面接触应力太大；②当出现裂纹时，油渗入裂纹产生楔裂作用。产生原因：产生的部位：实践表明齿面点蚀首先出现在节线附近的齿根表面处。因节线附近相对滑动速度低，不易形成油膜，齿啮合对数少。注意的问题：1）润滑油的品质对齿面点蚀有重要影响。粘度低的润滑油加快裂纹的扩展。收敛性点蚀扩展性点蚀点蚀a.闭式软齿面齿轮出现的是收敛性点蚀b.闭式硬齿面齿轮不太容易出现疲劳点蚀，但一经发生就将形成扩展性点蚀c.开式齿轮传动一般看不到点蚀现象2）点蚀实例防止或减轻的途径：设计保证sH≤[sH]提高齿面硬度降低齿面粗糙度采用合理的变位，大的变位系数和xS=x1+x2可以增大综合曲率半径增大润滑油粘度减小动载荷3.齿面磨损(Tooth-faceWear)齿面磨损磨粒磨损：硬颗粒进入啮合面研磨磨损：齿面相互摩擦齿面磨损产生的严重后果是：齿廓失去正确形状，侧隙增大，冲击与噪声变得更为明显，甚至折断轮齿。磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。砂粒、金属微粒进入啮合齿面，产生磨粒磨损。产生原因：齿面磨损实例跑合：闭式齿轮传动在开始运转期间，由于齿面粗糙而压强很大，因此也发生齿面研磨磨损；运转一段时间之后，齿面粗糙度降低，压强减小，加上润滑条件的改善，磨损现象逐渐减少，这一过程称为磨合（跑合）。跑合无害有益，但应及时更换箱体内的润滑油，以免出现磨粒磨损。防止或减轻的途径：采用硬齿面或采用闭式齿轮传动降低表面粗糙度值减低滑动系数注意润滑油的清洁加防护装置4.齿面胶合(Tooth-faceScuffing)在高速重载的齿轮传动中，由于齿面间压力大，相对滑动速度高，因而发热量大，使啮合区温度增高而引起润滑失效，相啮合两齿面金属直接接触并在瞬间相互粘连，齿轮继续转动时，较弱齿面上的金属沿滑动方向被撕出沟纹这种现象称为齿面胶合。在低速重载传动中，也可能出现胶合。温度过高，引起油膜破裂热胶合：高速重载，齿面间摩擦力，发热量大；冷胶合：低速重载，速度过低，不易产生油膜。产生原因：产生的部位：在齿顶及齿根处，相对滑动速度较大，因此胶合沟纹首先出现在齿顶面及齿根面啮合处。齿面胶合实例防止或减轻的途径：采用角度变位齿轮传动以降低滑动系数采用较小模数，降低相对滑动速度选用抗胶合能力强的润滑剂（极压润滑剂）选用粘度较大的润滑油选择抗胶合好的齿轮副材料材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差提高齿面硬度和降低表面粗糙度值使