重庆大学机械设计齿轮传动.

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1、第四章 齿轮传动4-1 齿轮传动概述4-2 齿轮传动的失效形式及设计准则4-3 齿轮的材料及其选择原则4-5 齿轮传动的计算载荷4-6 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算4-7 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择4-8 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算4-9 标准锥齿轮传动的强度计算4-10 齿轮的结构设计4-11 齿轮传动的润滑4-4 齿轮的热处理方式齿轮传动概述1一、齿轮传动的主要特点： 传动效率高可达99。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； 结构紧凑与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需 的空间一般较小； 与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长； 传动比稳定无论是平

2、均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的 原因之一； 与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛，型式多样，传递功率从很小到很大（可高达数万千瓦）。齿轮传动概述齿轮传动概述2二、齿轮传动的分类按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动齿轮传动概述人字大齿轮人字小齿轮锥齿轮直齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮内齿圈齿轮传动概述2二、齿轮传动的分类按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。按使用情况分：动力齿轮以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。传动齿轮以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。按齿

3、面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度350HBS）硬齿面齿轮（齿面硬度350HBS）齿轮传动概述三、本章的学习目的掌握齿轮传动的设计方法，能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动可靠的齿轮。设计齿轮是指设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。对于斜齿圆柱齿轮而言，其主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角以及压力角a、 齿高系数h*a、径向间隙系数c*。按传动比是否恒定：圆形齿轮传动（i 恒定即定比传动）和非圆形齿轮传动（i 是变化的即变比传动）齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则一、齿轮的主要失效形式轮齿折断齿面磨损齿面点蚀齿面胶合塑性变形齿轮传动的失效主要是指轮齿的失效，其失效形式是多

4、种多样的。常见的失效形式有：齿轮传动的失效形式及设计准则全局折断：直齿轮局部折断：斜齿轮接触线倾斜、 齿宽方向接触不良过载折断：短期过载、过大冲击轮齿折断疲劳折断：弯曲变应力的作用轮齿折断分类及产生的原因轮齿折断分类及产生的原因防止或减轻的途径防止或减轻的途径设计保证设计保证s sFs sF增大齿根圆角半径增大齿根圆角半径适当降低齿根圆角表面粗糙度适当降低齿根圆角表面粗糙度齿根处采用强化措施齿根处采用强化措施(如喷丸处理如喷丸处理)避免出现热处理裂纹避免出现热处理裂纹减轻加工损伤，如磨削烧伤、滚切拉伤减轻加工损伤，如磨削烧伤、滚切拉伤齿轮传动的失效形式及设计准则齿面磨损齿面磨损齿面磨损磨粒磨损

5、：硬颗粒进入啮合面研磨磨损：齿面相互摩擦 齿面磨损产生的后果是严重的：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损伤形式。 防止或减轻的途径防止或减轻的途径采用硬齿面或采用闭式齿轮传动采用硬齿面或采用闭式齿轮传动降低表面粗糙度值降低表面粗糙度值减低滑动系数减低滑动系数注意润滑油的清洁注意润滑油的清洁加防护装置加防护装置齿轮传动的失效形式及设计准则齿面点蚀 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。

6、 实践表明：齿面点蚀首先出现在节线附近的齿根表面处。 齿轮传动的失效形式及设计准则齿面点蚀齿面点蚀闭式软齿面齿轮出现的是收敛性点蚀。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开式齿轮传动一般看不到点蚀现象。 防止或减轻的途径防止或减轻的途径设计保证设计保证s sH H s sH H 提高齿面硬度提高齿面硬度降低齿面粗糙度降低齿面粗糙度采用合理的变位，大的变位系数和采用合理的变位，大的变位系数和xS S= =x1+x2可以增大可以增大综合综合曲率半径曲率半径 增大润滑油粘度增大润滑油粘度减小动载荷减小动载荷齿轮传动的失效形式及设计准则齿面胶合 在高速重载的齿轮传动中，由于齿

7、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。齿轮传动的失效形式及设计准则齿面胶合齿面胶合采用角度变位齿轮传动以降低滑动系数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用粘度较大的润滑油选择抗胶合好的齿轮副材料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材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度

8、差提高齿面硬度和降低表面粗糙度值提高齿面硬度和降低表面粗糙度值使用前进行跑合使用前进行跑合防止或减轻的途径防止或减轻的途径齿轮传动的失效形式及设计准则塑性变形 齿面较软的齿轮在载荷及摩擦力较大时，轮齿表面金属可能产生塑性流动，从而失去原来正确齿形，这种现象称为轮齿的塑性变形。产生场合：低速重载和起动、过载频繁的齿轮传动。相对滑动方向适当提高润滑油的粘度适当提高润滑油的粘度适当提高齿面硬度适当提高齿面硬度防止或减轻的途径防止或减轻的途径齿轮传动的失效形式及设计准则小结被动相对滑动方向主动主动被动弯曲折断磨损塑性变形。现象与原因？改进措施？点蚀胶合齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设

9、计准则二、齿轮的设计准则对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是： 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。由实践得知： 闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。 二、常用的齿轮材料 钢：许多钢材经适当热处理或表面处理，可成为常用齿轮材

10、料； 铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料； 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。 常用齿轮材料齿轮的材料及其选择原则齿轮的材料及其选择原则三、齿轮材料选用的基本原则 q 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等； q 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； q 钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在3050 HBS或更多。 1）整体淬火）整体淬火2）表面淬火）表面淬火3）渗碳淬火）渗碳淬火4）调质和正火处理）调质和正火处理5）氮化及氰化处理）氮化及氰化处理齿轮的热处理方式齿轮热处理方式主要有以下几种整体淬火适用场合：适用

11、场合：需低温回火消除内应力，不适用于承受冲击需低温回火消除内应力，不适用于承受冲击载荷的齿轮载荷的齿轮效果：效果：处理后，齿面硬度处理后，齿面硬度HRC50，但轮齿变形大，需，但轮齿变形大，需磨削或研磨后处理磨削或研磨后处理常用材料：常用材料：45、40Cr等等齿轮的热处理方式表面淬火适用场合适用场合：承受中等冲击载荷的齿轮需进行表面淬火处理：承受中等冲击载荷的齿轮需进行表面淬火处理效果效果：芯部未淬硬，故有一定的冲击韧性，齿面硬度：芯部未淬硬，故有一定的冲击韧性，齿面硬度HRC4555，且齿面接触强度高、耐磨性好。淬火后齿，且齿面接触强度高、耐磨性好。淬火后齿形变化不大，可不磨齿形变化不大，