齿轮基本知识
1齿轮传动概述：功率：几十万千瓦；速度：几十万转/min，圆周速度：300m/s；啮合效率：0.95；精度：0.99.制造需用专用设备及刀具，运转过程中无过载保护。应用：机床、汽车、船舶、飞机、起重机械、矿山机械、轻工机械和仪表部门。
2齿轮的分类：定传动比（圆形齿轮机构）和变传动比（非圆齿轮机构）
●圆形齿轮机构：平面齿轮机构和空间齿轮机构
★平面齿轮机构：直齿圆柱齿轮机构（直齿轮）<外啮合、内啮合、齿轮齿条机构>用于滑移式变速齿轮传动。齿轮齿条可将回转运动转变为直线运动。
★平行轴斜齿圆柱齿轮机构（斜齿轮）<外啮合、内啮合、齿轮齿条机构>螺旋角，工作时有轴向力，轴可能受轴向负荷。内啮合多用于轮系。
★人字齿齿轮机构：工作稳定性好，承载能力高，工作时轴向力可抵消。减速机
★曲线齿圆柱齿轮机构：
●空间齿轮机构：
★锥齿轮（相交）机构<直齿、斜齿、曲线齿>交角一般为90度，其中斜齿用于低速重载，曲齿用于高速重载。
★交错轴（平行但不相交）斜齿轮机构：可以实现任意交错角的两交错轴之间的传动。齿面为点接触，接触应力大，齿面任意压溃，促使轮齿磨损加快。齿面的滑动速度大，承载能力小。不宜用于高速、大功率的传动。通常仅用于仪表或载荷不大的辅助传动装置中，来传递任意交错轴之间的运动。
★蜗轮蜗杆机构（交错）在机床、冶金机械、起重机械船舶和仪表中应用。
★准双曲线齿轮机构：传动平稳，利用偏置距可增大小轮直径，能实现两端支撑，提高耐性。应用：越野车、小客车、卡车。
★非圆齿轮机构：非圆齿轮是分度曲面不是旋转曲面的齿轮，它和另一个齿轮组成齿轮副以后，在啮合过程中，其瞬时角速度比按某种既定的运动规律而变化。非圆齿轮的英语为non-circular gear。非圆齿轮可以实现特殊的运动和函数运算，对机构的运动特性很有利，可以提高机构的性能，改善机构的运动条件。非圆齿轮广泛运用于自动机器仪器仪表及解算装置中。非圆形齿轮用于提高性能、简化复杂机械过程。1、生产流水线、装配线上的速度匹配2、多重速度的切割循环3、急速回转的线性运动4、停止和暂停运动。非圆齿轮应用案例：问题：停止和暂停运动时非圆齿轮应用。采用停止、暂停或者逆向运动，输入速度保持不变。解决办法：采用持续转动的非圆形齿轮和圆形齿轮以及差动齿轮。改变圆形齿轮的比率使齿轮的速度曲线沿着速度轴变动。非圆形齿轮可以提供两种速度，瞬间停止、停止和暂停，或者相反的运动，这取决于所使用的圆形齿轮。
●按齿
廓曲线：渐开线齿、摆线齿、圆弧齿
●按齿面硬度：软齿面（≤350HB）硬齿面（＞350HB）HB:布氏硬度HR:洛氏硬度.软齿面应用于强度、速度及精度要求不高的场合；应齿面用于高速、重载、要求尺寸紧凑及精密机器。
●按齿轮传动机构的工作条件：开式、半开式和封闭式。其中开式完全外露，不能保证良好润滑；封闭式齿轮封闭在箱体内，润滑良好；半开式齿轮浸在油池内，装有防护罩，不封闭。
3 齿轮的失效形式
齿轮的失效主要发生在轮齿：齿体损伤（如轮齿折断）和齿面损伤：点蚀、胶合、磨损和塑性变形。
★齿体损伤：疲劳、过载+整体、局部；应对方法：增大齿根过渡圆角半径、降低表面粗糙度、齿面强化处理等。进行抗弯曲疲劳强度和抗弯静强度计算
★ 齿面点蚀：发生在齿轮节线附近靠近齿根的一侧(接触疲劳强度最低)应对：降低表面粗糙度、提高齿面硬度、合理变位，粘度高的润滑油，减小动载荷。
★ 齿面胶合：沟痕+轮齿顶部；热胶合和冷胶合 均跟压力大，油膜破裂，金属直接接触有关；应对：低速齿轮传动采用粘度大的润滑油，高速采用抗胶合能力强的润滑油。
★ 齿面磨损：磨粒磨损和跑和磨损（新的齿轮副峰顶接触磨损，有意在轻载下跑合，也称磨合，使齿轮进入正常磨损条件）应对：保持良好润滑，提高硬度、降低粗糙度等
★ 塑性变形：主动轮节线处碾出沟槽，从动轮节线处挤出凸棱，多发生在重载、低速和启动频繁的传动中。应对：高粘度或加有极压添加剂的润滑油。
4 齿轮传动设计准则：通常只按齿根弯曲强度和齿面接触强度准则计算
★ 闭式软齿（齿面点蚀）：按齿面接触强度准则设计，然后校核齿根弯曲强度；
★ 闭式硬齿（齿面折断）：按轮齿抗弯强度设计，校核齿面接触强度；
★ 开式、半开式（齿面磨损、轮齿折断）：齿根的抗弯曲强度计算，并将计算出来的模数值适当增大（5%～15%）
5 齿轮选材：理想材料是齿面硬度高、齿芯韧性好
★锻钢：含碳量在0.15%～0.6%的碳钢或合金钢
软齿面：35、45、50、40Cr、38SiMnMo、35SiMn，精度为8～7
硬齿面：45、50、40CrNi、20Cr、20CrMnTi、40MnB，精度为5～4
★铸钢：用于尺寸较大（顶圆直径≥400mm）或结构复杂的齿轮；材料：ZG310-570、ZG340-640。
★圆钢：尺寸较小而又要求不高的齿轮
★灰铸铁：用于工作平稳、速度较低、功率不大、润滑条件差的开式齿轮传动；HT200～HT350
★球墨铸铁：
★有色金属:铜、铝、铜合金和铝合金等；夹布塑料、尼龙等
6齿轮热处理
★ 调质：中碳钢和中碳合金
钢,硬度达到：220～260HBS, 软齿面。可精切，易于跑合。
★ 正火：中碳钢正火：机械强度要求不高的齿轮；铸钢正火：大直径齿轮。
★ 表面淬火：中碳钢和中碳合金钢,硬度达到：50HRC，软齿面。中小尺寸齿轮：中高频感应加热，大尺寸齿轮：乙炔火焰，批量生产：齿轮淬火机。不需磨齿。
★ 渗碳淬火：低碳钢和低碳合金钢（20，20Cr）硬度达到：56～62HRC。用于受冲击载荷的重要齿轮。需要磨齿或用硬质合金滚刀滚刮。
★ 渗氮：氮化钢38CrMoAl.齿面硬度达到：60～62HRC。用于受冲击载荷不大的场合。不需磨齿。
★ 碳氮共渗：氰化，可代替渗碳淬火，有剧毒，应用受限。
一般小齿轮硬度高于大齿轮30～50HBS,大小齿轮采用不同牌号钢制造。
7齿轮润滑：
● 润滑方式
★ 开式、半开式或速度较低的闭式：通常采用人工定期加润滑油或脂或油杯滴油润滑
★ 闭式圆周速度≤12m/s，浸油。圆柱齿轮：大齿浸一齿高，但不小于10mm，圆锥齿：齿宽一半至全齿。圆周速度很低时：浸油深度可达齿顶圆半径的1/3。
★ 闭式多级，高速和低速级大齿轮直径相差较大：惰轮蘸油润滑。
★ 齿轮圆周速度＞12m/s：喷油。用油泵喷油至啮合区。当v≤25m/s时，喷啮合点（啮入或啮出边）；当v＞25m/s时，喷啮出边。
★ 速度不很高但工作繁重、散热条件不好的闭式齿轮传动：喷油。
●润滑剂选择
★开式：润滑脂
★闭式：润滑油。黏度指标，根据齿轮圆周速度决定，其次和齿轮材料以及强度极限有关。可查表。
●润滑油质量级别(APISG）：按照发动机所用燃料不同分为柴机油和汽机油．级别由低到高分为汽机油SC、SD、SE、SF、SG、SH、SJ、SL。柴机油CC，CD，CD－2，CE，CF－4，CG－4，CH－4，CI－4．
●汽车润滑油选择：换油周期5000公里。就轿车来说排量在1升以下的车建议选SG以上级别的油。排量在1升以上的车建议选用SH以上级别的润滑油。排量在1．8升以上的车建议选用SJ、SL级别的润滑油，四季通用的统一经典纯合成机油APISL／SJ5W／40润滑油就是很好的选择。 通常API标识都标在润滑油包装桶比较明显的地方，在选润滑油时一定要看级别，切不可为了省钱而选用低级别的油，这样会加速发动机的磨损，减少了发动机的使用寿命
●我国齿轮油分类：车辆齿轮油：手动变速箱齿轮油后桥齿轮油；工业齿轮油：工业闭式、工业开式和蜗轮蜗杆油。
★我国车辆齿轮油根据组成特性和作用要求分为CLC普通车辆齿轮油、CLD中负荷车辆齿轮油、CLE重负荷车轮齿轮油三个品种，分别相当于API分类的GL-3、GL-
4、GL-5。其中：
CLC用于手动变速器，螺旋伞齿轮的驱动桥。
CLD用于手动变速器，螺旋伞齿轮使用条件不太苛刻的准双曲面齿轮的驱动桥。
CLE用于使用条件苛刻的准双曲面齿轮及其它条件齿轮的驱动桥。
★车辆齿轮油粘度等级：车辆齿轮油按100℃运动粘度和表观黏度为150000mPa.s时最高使用温度规定，分为75W、75W /90、80W/90、85W/90、90、85W/140和140七个粘度等级(牌号)。
★车辆齿轮油的规格标准：我国普通车辆齿轮油的标准为SH0350－92，相当于国外API GL－3；中负荷车辆齿轮油标准正在制定；重负荷车辆齿轮油标准为GB13895－92(参照采用API GL－5和MIL－L－2105D)。国外车辆齿轮油规格有手动变速箱油MT－1；后桥齿轮油API GL－5、MIL－L－2105E、PG－2。
★车辆齿轮油的选用：车辆齿轮油的选用原则主要根据驱动桥类型、工况条件、负荷及速度等确定油品使用的质量等级，根据最低环境使用温度和传动装置最高操作温度来确定油品粘度等级。 一般情况下，螺旋伞齿轮驱动选用GL－3，如解放牌、跃进牌汽车；中等速度和负荷的单级准双曲面齿轮，齿面平均接触应力在1500MPa以下，对国产汽车后桥选用GL－4或GL－5车辆齿轮油，如东风牌汽车、北京吉普；高速重载双曲线齿轮、齿面接触应力高达2000－4000MPa，滑动速度为10m/s，如上海、红旗、桑塔纳轿车及各种进口车，必须选用GL－5车辆齿轮油。
★GL－5重负荷车辆齿轮油需进行哪些台架评定：GL－5重负荷车辆齿轮油性能评定关键在于通过四个苛刻的台架评定，即L－33(湿气)防锈防腐蚀台架试验， L－37低速高扭矩齿轮台架试验，L－42高速冲击负荷台架试验，L－60或L－60－1热氧化安定性与清净性台架试验。