第9章齿轮传动讲述

软齿面：HB≤350； 硬齿面：HB＞350。
9.1 齿轮传动的主要参数
• 1）模数----d=mz,人为规定的整数，标准 化表9.1
• 2）中心距----推荐用表9.2 • 3）基本齿廓----表9.3
4）传动比i、齿数比u
i
n1 n2
d2 d1
z 2 (从动轮） z（1 主动轮）
减速传动：i＞1 增速传动：i＜1
3）↓表面粗糙度，↑加工精度
4）↑润滑油粘度
三、齿面胶合——严重的粘着磨损 现象：齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。 原因：高速重载——v↑,Δt ↑,油η↓,油膜破坏,表
面金属直接接触，
融焊→相对运动→撕裂、沟痕。 低速重载——P↑、v ↓，不易形成油膜
→冷胶合。
后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳， 导致齿轮报废。
3、短期过载传动
过载折断 齿面塑变
静强度计算
9.3 齿轮材料及其热处理
9.3.1 齿轮材料应具有的特征
1）齿面具有足够的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗 磨粒磨损、抗胶合和抗塑性流动的能力；
2）在变载荷和冲击载荷下有足够的弯曲疲劳强度； 3）具有良好的加工和热处理工艺性； 4）价格较低。
表面硬、芯部韧、较好的加工和热处理性能
2）正变位；
↑抗弯强度
3）提高齿面硬度(HB↑)→[σF] ↑；
4）↑齿根过渡圆角半径；
↓应力集中
5）↓表面粗糙度，↓加工损伤；
6）↑轮齿精度； 改善载荷分布
7）↑支承刚度。
二、齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀） 常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。 现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。 原因：σH＞[σH] 脉动循环应力
改善措施：
1）采用抗胶合性能好的齿轮材料对。 2）采用极压润滑油。 3）↓表面粗糙度，↑HB。 4）材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。 5）↓m→↓齿面h→↓齿面vs（必须满足σF）。 6）角度变位齿轮，↓啮合开始和终了时的vs。 7）修缘齿，修去一部分齿顶，使vs大的齿顶不起作
用。
四、齿面磨粒磨损 常发生于开式齿轮传动。 现象：金属表面材料不断减小 原因：相对滑动+硬颗粒(灰尘、
3）不适于中心距大的场合。
9.1.2 齿轮传动的主要类型 1、按两轴线位置分
2、按工作条件分（失效形式不同） 开式传动：低速传动，润滑条件差，易磨损； 半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严 密防止杂物侵入； 闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内，润滑良好， 使用广泛。
3、按齿面硬度分（失效形式不同）
② 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂 纹扩展→折断
• 过载折断 受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤
其见于脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。
后果：传动失效
直齿轮
齿宽b较小时，载荷易均布 ——整体折断
齿宽b较大时，易偏载 斜齿轮：接触线倾斜
——载荷集中在齿一端
——局部折断
改善措施：
1）d一定时，z↓，m↑； 齿根厚度↑
参照表9.4选择，一般机械常用：7、8级
9.1.5 圆柱齿轮传动的几何关系 表9.3
9.2 失效形式 典型机械零件设计思路：
分析失效现象 →失效机理（原因、后果、措施） →建立简化力学模型 →强度计算→主要参数尺寸 →结构设计。
9.1.1 齿轮常见的失效形式
齿轮的失效发生在轮齿，其它部分很少失效。
轮齿折断 失效形式
齿面损伤
齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀） 齿面胶合
齿面磨粒磨损
齿面塑性流动
一、轮齿折断 常发生于闭式硬齿面或开式传动中。 现象：①局部折断 ②整体折断
位置：均始于齿根受拉应力一侧。 原因： 疲劳折断
① 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一 侧产生疲劳裂纹。
齿根弯 曲应力 最大 σF＞[σF]
金属屑末等) 润滑不良+表面粗糙。
后果：正确齿形被破坏、 传动不平稳, 齿厚减薄、抗弯能力↓→折断
改善措施： 闭式：1）↑HB,选用耐磨材料;
2）↓表面粗糙度; 3）↓滑动系数; 4）润滑油的清洁; 开式：5）加防尘罩。
五、齿面塑性流动 该失效主要出现在低速重载、频繁启动和过载场合。 齿面较软时，重载下，Ff↑——材料塑性流动（流动方向沿Ff） 主动轮1：齿面相对滑动速度方向vs指向节线，所以Ff背离节 线，塑变后在齿面节线处产生凹槽。
第九章 齿轮传动
9.1 齿轮传动的特点
9.1.1优缺点: 齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。
主要优点： 1）工作可靠，寿命长；； 2）瞬时i 为常数 3）效率高(0.98~0.99) 4）结构紧凑，外廓尺寸小； 5）功率和速度适用范围广
缺点： 1）制造费用大，需专用机床和设备； 2）精度低时，振动、噪音大；
传动不平稳 ,接触面↓，承载能力↓
软齿面齿轮：收敛性点蚀，相当于跑合；
跑合后，若σH仍大于[σH]， 则成为扩展性点蚀。 硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。 ——扩展性点蚀 开式传动：无点蚀（∵v磨损>v点蚀）
改善措施： 1）HB↑——[σH] ↑
↑接触强度
2）↑ρ（综合曲率半径）(↑d1、↑xΣ)
u z 大齿轮 1 z 小齿轮
减速传动：u=i 增速传动：u=1/i
5）变位系数
径向变位齿轮： 加工时刀具从标准位置移动一径向距离xm。
刀具移远
齿
正变位
根
变
Hale Waihona Puke 厚刀具移近 齿负变位
根
变
薄
9.1.4 精度等级选择
GB规定：12个等级 1(高)——12(低) 查《公差》
每个等级分为 三个组
Ⅰ组：运动准确性 Ⅱ组：传动的平稳性 Ⅲ组：载荷分布均匀性
9.2.2计算准则
失效形式→相应的计算准则 1、闭式齿轮传动
主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合 一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的计算
软齿面：主要是点蚀、其次是折断， 按σH设计，按σF校核
硬齿面：与软齿面相反
高速重载主要是点蚀，还要进行抗胶合计算
2、开式齿轮传动
主要失效为：主要磨粒磨损、其次轮齿折断 按σF设计，增大m考虑磨损
1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹； 润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使 裂纹扩展。
（油粘度越小，裂纹扩展越快）
点蚀机理
点蚀实例
2）节线处常为单齿啮合，接触应力大； 节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小， 油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。
后果：齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑， 传动失效