1、公元前二世紀西漢初年公元前二世紀西漢初年的金屬鑄造齒輪的金屬鑄造齒輪第九章第九章 齒輪傳動齒輪傳動91 概概 述述 一、齒輪傳動的特點一、齒輪傳動的特點 二、齒輪傳動的主要類型二、齒輪傳動的主要類型 1、按傳動軸相對位置、按傳動軸相對位置 優點：效率高，傳動比恒定；結構緊湊，壽命長。優點：效率高，傳動比恒定；結構緊湊，壽命長。 缺點：制造、安裝精度要求；中心距不宜較大。缺點：制造、安裝精度要求；中心距不宜較大。 2、按工作條件、按工作條件 3、按齒形、按齒形 漸開線漸開線、擺線、圓弧、擺線、圓弧 平行軸齒輪傳動平行軸齒輪傳動 相交軸齒輪傳動相交軸齒輪傳動 交錯軸齒輪傳動交錯軸齒輪傳動 開式開式

2、半開式半開式閉式閉式 92 齒輪傳動的失效形式與設計準則齒輪傳動的失效形式與設計準則 一、失效形式一、失效形式 1 1、輪齒折斷、輪齒折斷閉式硬齒面閉式硬齒面齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 彎曲疲勞折斷彎曲疲勞折斷 過載折斷過載折斷提高輪齒抗折斷的能力：提高輪齒抗折斷的能力： (1) 減小齒根應力集中。減小齒根應力集中。(2) 提高安裝精度及支承剛度，避免偏載。提高安裝精度及支承剛度，避免偏載。(3) 改善熱處理使其有足夠的齒芯韌性和齒面硬度。改善熱處理使其有足夠的齒芯韌性和齒面硬度。(4) 齒根部分進行表面強化處理齒根部分進行表面強化處理(噴丸、滾壓等噴丸、滾壓等)。折斷部位：折斷部位

3、： 直齒齒輪折斷發生在齒根部位直齒齒輪折斷發生在齒根部位斜齒輪折斷為局部折斷斜齒輪折斷為局部折斷設計時限制齒根彎曲應力小于許用值。設計時限制齒根彎曲應力小于許用值。2 2、齒面疲勞點蝕、齒面疲勞點蝕閉式軟齒面閉式軟齒面齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 位置：節線附近位置：節線附近 原因：原因：(1) 單對齒嚙合接觸應力較大。單對齒嚙合接觸應力較大。 (2) 節線處相對滑動速度低，不易形成潤滑油膜。節線處相對滑動速度低，不易形成潤滑油膜。 (3) 潤滑油起到媒介作用。潤滑油起到媒介作用。防止輪齒疲勞點蝕的措施：防止輪齒疲勞點蝕的措施： (1) 提高齒面硬度。提高齒面硬度。(2) 降低表面粗糙

4、度。降低表面粗糙度。(3) 采用變位齒輪以增加綜合曲率半徑。采用變位齒輪以增加綜合曲率半徑。(4) 選用較高粘度潤滑油。選用較高粘度潤滑油。(5) 提高加工安裝精度，改善散熱。提高加工安裝精度，改善散熱。3、齒面磨損、齒面磨損開式開式齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 防止齒面磨損措施：防止齒面磨損措施：(1) 提高齒面硬度提高齒面硬度(2) 降低表面粗糙度降低表面粗糙度(3) 降低滑動系數降低滑動系數 (4) 潤滑油清潔更換潤滑油清潔更換(5) 變開式為閉式變開式為閉式類型：齒面磨粒磨損類型：齒面磨粒磨損形式形式 高速重載高速重載摩擦熱大，產生高溫摩擦熱大，產生高溫壓力大、滑動速度高壓力大

5、、滑動速度高結點材料被剪切，形成剪切痕跡結點材料被剪切，形成剪切痕跡嚙合齒面粘結嚙合齒面粘結(冷焊結點冷焊結點)4、齒面膠合、齒面膠合高速重載高速重載齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 熱膠合熱膠合高速重載高速重載冷膠合冷膠合低速重載，缺潤滑油低速重載，缺潤滑油防止齒面膠合措施：防止齒面膠合措施：(1) (1) 采用抗膠合能力強的潤滑油；采用抗膠合能力強的潤滑油；(2) (2) 降低滑動速度（變位或減小模數和齒高）；降低滑動速度（變位或減小模數和齒高）；(3) (3) 提高齒面硬度；提高齒面硬度；(4) (4) 降低粗糙度；降低粗糙度；(5) (5) 配對齒輪有適當的硬度差；配對齒輪有適當的

6、硬度差；(6) (6) 改善潤滑與散熱條件。改善潤滑與散熱條件。5、齒面塑性變形、齒面塑性變形低速重載低速重載齒輪的主要失效形式齒輪的主要失效形式 齒面在過大的摩擦力作齒面在過大的摩擦力作用下處于屈服狀態，產生沿用下處于屈服狀態，產生沿摩擦力方向的齒面材料的塑摩擦力方向的齒面材料的塑性流動，從而使齒面正確輪性流動，從而使齒面正確輪廓曲線被破壞。廓曲線被破壞。形式形式 滾壓塑變滾壓塑變錘擊塑變錘擊塑變 防止塑性變形措施：防止塑性變形措施： (1) 提高齒面硬度；提高齒面硬度； (2) 采用高粘度的潤滑油或加極壓添加劑。采用高粘度的潤滑油或加極壓添加劑。二、設計準則二、設計準則齒面接觸疲勞強度準則

7、齒面接觸疲勞強度準則 齒根彎曲疲勞強度準則齒根彎曲疲勞強度準則 軟齒面齒輪軟齒面齒輪（HBS350） 硬齒面齒輪硬齒面齒輪（HBS350） 閉式齒輪傳動閉式齒輪傳動齒面疲勞點蝕齒面疲勞點蝕齒根彎曲疲勞折斷齒根彎曲疲勞折斷開式齒輪傳動開式齒輪傳動齒面磨損齒面磨損增大增大m和降低許用彎曲應力和降低許用彎曲應力93 齒輪材料及熱處理齒輪材料及熱處理 一、常用的齒輪材料一、常用的齒輪材料 1、鋼、鋼 最常用，可通過熱處理改善機械性能。最常用，可通過熱處理改善機械性能。軟齒面軟齒面 適合對精度、強度和速度要求適合對精度、強度和速度要求 不高的齒輪傳動。不高的齒輪傳動。硬齒面硬齒面 適合高速重載及精密機械

8、。適合高速重載及精密機械。鑄鋼鑄鋼 ： 用于尺寸較大齒輪，強度稍低。用于尺寸較大齒輪，強度稍低。 2、鑄鐵、鑄鐵 脆、機械強度、抗沖擊和耐磨性較差，脆、機械強度、抗沖擊和耐磨性較差， 但抗膠合和點蝕能力強。但抗膠合和點蝕能力強。 用于工作平穩，低速，小功率場合。用于工作平穩，低速，小功率場合。基本要求基本要求 齒面要硬、齒芯要韌！齒面要硬、齒芯要韌！ 鍛鋼鍛鋼齒輪用鑄鐵可分為：灰鑄鐵和球墨鑄鐵。齒輪用鑄鐵可分為：灰鑄鐵和球墨鑄鐵。3、非金屬材料、非金屬材料 適合高速、輕載和精度不高傳動。適合高速、輕載和精度不高傳動。 包括：工程塑料、夾布膠木等。包括：工程塑料、夾布膠木等。特點：噪音較低，無需

9、潤滑。特點：噪音較低，無需潤滑。4、其他、其他 在某些低速、輕載和儀器儀表中還銅合金在某些低速、輕載和儀器儀表中還銅合金 和鋁合金，具有耐腐蝕和自潤滑等特性。和鋁合金，具有耐腐蝕和自潤滑等特性。原因原因： (1) 小齒輪齒根強度較弱小齒輪齒根強度較弱; (2) 小齒輪的應力循環次數較多小齒輪的應力循環次數較多; (3) 當大小齒輪有較大硬度差時，較硬的小齒當大小齒輪有較大硬度差時，較硬的小齒 輪會對較軟的大齒輪齒面產生冷作硬化的輪會對較軟的大齒輪齒面產生冷作硬化的 作用，可提高大齒輪的接觸疲勞強度。作用，可提高大齒輪的接觸疲勞強度。 6、鋼制軟齒面齒輪要求小齒輪硬度大于大齒輪、鋼制軟齒面齒輪要

10、求小齒輪硬度大于大齒輪30-50 HBS。二、齒輪材料的選擇原則二、齒輪材料的選擇原則 1、齒輪材料必須滿足工作條件的要求。、齒輪材料必須滿足工作條件的要求。5、考慮齒輪尺寸的大小、考慮齒輪尺寸的大小,毛坯成型方法和熱處理及制造工藝。毛坯成型方法和熱處理及制造工藝。2、正火碳鋼、正火碳鋼輕度沖擊；調質鋼輕度沖擊；調質鋼中等沖擊。中等沖擊。3、合金鋼、合金鋼高速，重載，沖擊載荷。高速，重載，沖擊載荷。4、飛行機器中的齒輪、飛行機器中的齒輪表面硬化的高強度合金鋼。表面硬化的高強度合金鋼。名義載荷名義載荷Fn 理想工作條件下齒面接觸線理想工作條件下齒面接觸線 上的法向載荷。上的法向載荷。計算載荷計算

11、載荷Fnc 實際工作條件下齒面所受載荷。實際工作條件下齒面所受載荷。 KKKKKvA 載荷系數：載荷系數： 94 齒齒 輪輪 傳傳 動動 的的 計計 算算 載載 荷荷 Fnc= K Fn工作情況系數工作情況系數 動載荷系數動載荷系數 齒向載荷分布系數齒向載荷分布系數 齒間載荷分配系數齒間載荷分配系數 考慮齒輪嚙合時，外部因素引起的附加動載荷對考慮齒輪嚙合時，外部因素引起的附加動載荷對傳動的影響。傳動的影響。 外部因素：與原動機、工作機、聯軸器等有關。外部因素：與原動機、工作機、聯軸器等有關。 1、工作情況系數、工作情況系數KA 2、動載荷系數、動載荷系數Kv 考慮齒輪制造、安裝誤差及彈性變形等

12、內部因素考慮齒輪制造、安裝誤差及彈性變形等內部因素引起的附加動載荷的影響。引起的附加動載荷的影響。 主要影響因素：主要影響因素： (1) 齒輪的制造精度齒輪的制造精度Pb1Pb2 (2) 圓周速度圓周速度V pb2pb1pb22221P12pb1pb2P12a）當）當Pb2Pb1時時 b）當）當Pb20時一般齒頂變尖，齒根變厚，彎曲強度時一般齒頂變尖，齒根變厚，彎曲強度（正變位）（正變位） X0時一般齒頂變厚時一般齒頂變厚，齒根變薄，彎曲強度齒根變薄，彎曲強度（負變位）（負變位） 為保證一對齒輪等彎曲強度，為保證一對齒輪等彎曲強度， 小齒輪采用正變位，而大齒輪則采用負變位小齒輪采用正變位，而大

13、齒輪則采用負變位 。1、 要采用變位齒輪的齒形系數要采用變位齒輪的齒形系數YFa和應力修正系數和應力修正系數Ysa 。二、齒面接觸疲勞強度計算二、齒面接觸疲勞強度計算 1、 高度變位齒輪傳動高度變位齒輪傳動 節點區域系數節點區域系數ZH不變，不變，接觸疲勞強度不變。接觸疲勞強度不變。021 XXX , aa2、 角度變位齒輪傳動角度變位齒輪傳動 要修正節點區域系數：要修正節點區域系數： 021 XXX ,aa0 Xtt ,tt , 斜齒齒輪coscos2直齒齒輪cos222ttbHtgtgZ 0 X正傳動，接觸疲勞強度正傳動，接觸疲勞強度負傳動，接觸疲勞強度負傳動，接觸疲勞強度 cossin2

14、HZ三、齒輪傳動變位的目的三、齒輪傳動變位的目的 1、使、使Zmin，得到不根切的最少齒數。，得到不根切的最少齒數。2、提高彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度。、提高彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度。3、提高耐磨性和抗膠合性。、提高耐磨性和抗膠合性。910 齒齒 輪輪 的的 結結 構構 設設 計計 1、齒輪軸、齒輪軸 e2mt（2m，da160mm 3、腹板式齒輪、腹板式齒輪 da500mm 4、輪輻式齒輪、輪輻式齒輪 400mmda12m/s噴油潤滑噴油潤滑 1、V12m/s浸油潤滑浸油潤滑帶油輪二、潤滑劑的選擇二、潤滑劑的選擇 表表9-11 本本 章章 重重 點點1 1、齒輪傳動的主要類型？、齒輪傳動的

15、主要類型？2 2、齒輪的主要失效形式與設計準則？、齒輪的主要失效形式與設計準則？3 3、鋼制軟齒面齒輪為何小齒輪硬度要高于大齒輪、鋼制軟齒面齒輪為何小齒輪硬度要高于大齒輪? ?4 4、齒輪傳動的計算載荷中的載荷系數包括哪幾項、齒輪傳動的計算載荷中的載荷系數包括哪幾項? ?5 5、直齒輪傳動受力的大小和方向？、直齒輪傳動受力的大小和方向？6 6、計算彎曲應力和接觸應力的嚙合點位置、計算彎曲應力和接觸應力的嚙合點位置? ?7 7、校核和設計公式中各項參數的含義、校核和設計公式中各項參數的含義? ?8 8、變位后的齒輪在強度方面有哪些改變、變位后的齒輪在強度方面有哪些改變? ?9 9、斜齒輪傳動受力的大小和方向、當量齒輪和當量齒數？、斜齒輪傳動受力的大小和方向、當量齒輪和當量齒數？10 10 錐齒輪傳動受力的方向、當量齒輪和當量齒數？錐齒輪傳動受力的方向、當量齒輪和當量齒數？第九章第九章 結束結束直齒圓柱齒輪直齒直齒曲齒曲齒斜齒斜齒斜齒圓柱