1、齒輪傳動第12章11 概述齒輪傳動是機械傳動中應用最廣泛的一種傳動型式。而且歷史悠久，我國西漢時所用的翻水車，三國時所造的指南針和晉朝時所發明的記里鼓車中都應用了齒輪機構。現代生產和生活中，齒輪的應用更為廣泛：機械鐘表、大多數機床的傳動系統、汽車的變速箱、精密電子儀器設備（光盤驅動器、錄音機等）。功能：主要用來傳遞兩軸間的回轉運動，還可以實現回轉運動和直線運動之間的轉換。21.1 齒輪傳動的分類從使用要求分：傳動齒輪和動力齒輪；從齒廓曲線來分：漸開線齒輪傳動和非漸開線齒輪傳動；從輪體外形分：圓柱齒輪傳動和圓錐齒輪傳動從工作條件分： 開式齒輪傳動：如水泥攪拌機齒輪、卷揚機齒輪 半開式齒輪傳動：

2、閉式齒輪傳動：汽車變速箱、機床主軸箱齒輪，減速器齒輪等。3內嚙合齒輪傳動圓錐齒輪傳動人字齒輪傳動斜齒輪傳動4礦石球磨機5齒輪傳動的特點： 1、優點：與帶、鏈傳動比較 齒輪傳動具有工作可靠、使用壽命長、傳動比為常數（包括瞬時傳動比及平均傳動比）、傳動效率高、結構緊湊、傳遞功率與速度范圍廣。 2、缺點：齒輪加工需要專用機床、成本較高、精度等級低時工作中的振動與噪聲較大、不適用于中心距大的場合。 開式傳動：潤滑差，常用于低精度、低速傳動； 閉式傳動：齒輪置于封閉嚴密的箱體內，精度高。潤滑及防護條件好。611-2圓柱齒輪傳動的基本參數、精度選擇 主要參數：模數、齒數、傳動比、齒數比、中心距、變位系數。

3、7齒輪精度（1級） 766 G M GB1009588齒厚下偏差第公差組精度（平穩性精度）第公差組精度（接觸精度）齒厚上偏差第公差組精度（運動精度）811.3齒輪傳動的失效方式、材料及熱處理一。失效形式 1.輪齒折斷齒根彎曲應力大；齒根應力集中91、輪齒折斷疲勞折斷過載折斷全齒折斷常發生于齒寬較小的直齒輪局部折斷常發生于齒寬較大的直齒輪，和斜齒輪措施：選用合適的材料及熱處理方法，使齒根芯部有足夠的韌性；采用正變位齒輪以增大齒根的厚度；增大齒根圓角半徑，消除齒根加工刀痕；對齒根進行噴丸、碾壓等強化處理； 提高齒面精度、增大模數等為了防止輪齒過早發生疲勞折斷，應使齒根彎曲應力FF10.輪齒折斷11

4、2.齒面點蝕輪齒在節圓附近一對齒受力載荷大；滑動速度低形成油膜條件差；接觸疲勞產生的小裂紋-擴展-脫落-凹坑 。12齒輪受力后，在齒面接觸處將產生循環變化的接觸應力，而使輪齒的表面或次表面層出現不規則的細線狀疲勞裂紋，疲勞裂紋擴展的結果使齒面金屬脫落形成麻點狀凹坑，稱為齒面疲勞點蝕2、齒面疲勞點蝕齒輪在嚙合過程中，因輪齒在節線處嚙合時，同時嚙合的輪齒對數少，接觸應力大且在節線處相對滑動速度小，油膜不易形成，摩擦力大，故點蝕首先發生在節線附近的齒根表面上，然后再向其他部位擴展。（對于硬度350HBS的閉式軟齒面齒輪傳動中，齒面產生凹坑的大小視材料性能，載荷大小等因素有關）點蝕的分類收斂性點蝕破壞

5、性點蝕強度計算：HH13點蝕常發生于閉式軟齒面（HBS350）傳動中點蝕的形成與潤滑油的存在密切相關點蝕常發生于偏向齒根的節線附近開式傳動中一般不會出現點蝕現象措施：提高齒面硬度和齒面質量、增大直徑，提高潤滑油粘度。143.齒面磨粒磨損磨損也是一種常見的失效形式，砂粒、金屬屑齒輪加工好后，其齒面總是存在一定的粗糙度。而齒輪工作時，齒面間又存在相對滑動，因此齒面磨粒磨損是不可避免的。為了減輕磨粒磨損的速度，對閉式傳動可采取提高齒面硬度，降低表面粗糙度，注意潤滑油的清潔和定期更換。對于開式傳動應注意環境清潔，減少落在齒面的雜物。15磨損164.齒面膠合高速重載；散熱不良；滑動速度大；齒面粘連后撕脫

6、措施：減小模數，降低齒高；抗膠合能力強的潤滑油；材料的硬度及配對17.齒面膠合185.齒面塑性變形措施：材料的選擇及硬度19磨損、塑性變形20彎曲折斷點蝕膠合磨損塑性變形齒輪的失效形式現象與原因？改進措施？。2111.4齒輪的材料及熱處理一.對齒輪材料的基本要求：齒面要硬，齒芯要韌。經濟性： 毛坯選擇工藝要求：熱處理方式硬度選擇：*軟齒面硬度350HBS； *軟齒面齒輪HBS1-HBS23050 * 避免膠合的合適配對： 軟軟；軟硬；軟鐵；硬硬。22 二.常用齒輪材料 鋼 45 、 40Cr、20CrMnTi 鑄鋼 ZG310-570 鑄鐵 HT300、QT500-7 有色金屬： 銅合金、鋁合

7、金 非金屬：夾布塑膠、尼龍鋼制軟齒面齒輪要求小齒輪硬度大于大齒輪30-50 HBS原因：1）小齒輪齒根強度較弱 2）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 2311.5圓柱齒輪的計算載荷名義載荷：24輪齒的受力分析FtFr25載荷狀況工作機器原動機電機內燃機均勻平穩1.01.11.251.5輕微沖擊1.251.351.51.75中等沖擊1.51.61.752.0嚴重沖擊1.751.852.02.25考慮齒以外的其他因素對齒輪傳動的影響，主要考慮原動機和工作機的影響26制造和安裝誤差，法節不相等，瞬時

8、傳動比不準確，產生角加速度 齒輪修緣27齒輪精度、速度精度等級28鼓形輪齒載荷沿接觸線分布不均勻軸上位置；軸及支承剛度；制造和安裝精度。2930設計時1，可采取提高軸、軸承和機座的剛度，選取合理的齒輪布置（懸臂布置時應盡量減小懸臂長度，非對稱布置的小齒輪應遠離輸入端）2，選擇合理齒寬，提高制造與安裝精度3，把輪齒制成鼓形齒等均可減小齒向載荷分布的不均勻性。31 兩對以上齒輪嚙合時，載荷分配不均 表面硬度：硬度愈高，載荷分配愈不均 精度等級： 精度低，載荷分配不均嚴重3211.5直齒圓柱齒輪的強度計算 設計準則閉式傳動：按保證齒根彎曲疲勞強度和 齒面接觸疲勞強度進行計算。開式傳動：按保證齒根彎曲

9、疲勞強度進 行計算，考慮磨損的影響適當 增大模數。（1015%）必要時進行：散熱能力計算；抗膠合能力計算33 齒輪傳動的設計準則 針對齒輪傳動的各種失效形式，為了保證齒輪傳動滿足工作要求，可以建立相應的設計準則。但是，對于磨粒磨損、塑性變形，目前尚無較成熟的計算方法。因此，在工程實際中只進行齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度的計算。對于高速大功率的齒輪，還要校核其抗膠合能力。 設計準則 對于閉式齒輪傳動，當一對或一個齒輪輪齒為軟齒面（350HBS）時，輪齒的主要損傷形式是齒面疲勞點蝕，也可能發生輪齒折斷和其他失效形式，故應按接觸疲勞強度的設計公式確定主要尺寸。然后校核彎曲疲勞強度。若一對齒輪均

10、為硬齒面（350HBS）時，齒輪的主要失效形式可能是輪齒折斷，也可能發生點蝕、膠合等失效，則應按彎曲疲勞強度的設計公式確定模數，然后校核接觸疲勞強度。34對于開式齒輪傳動，其主要失效形式是齒面磨損，但往往又因輪齒磨薄后而發生折斷，而磨損計算尚無可靠的計算方法，故目前多按輪齒齒根彎曲疲勞強度設計，用適當降低許用應力的方法考慮磨損的影響。35一。輪齒的受力分析FtFr36二。直齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強度計算 計算齒輪節點處的接觸應力 由式（2-41）：37ZE彈性系數表； ZH節點區域系數Z重合度系數 u齒數比 u2 / u1 38四。齒根彎曲疲勞強度計算建立力學模型：假設全部載荷作用于齒頂；不計

11、徑向分力產生的壓應力；用30切線法確定危險截面。39法向力Fn分解為與輪齒圓周方向相一致的F1和與徑向方向相一致的徑向力F2。將Fn分解為使齒根受彎曲應力b的分力F1和使齒根手壓縮應力c的分力F2。由右圖可以看出受拉側的合成應力小于受壓側的合成應力。但由于材料的抗拉疲勞強度遠低于抗壓疲勞強度，輪齒實際上在受拉側的齒根圓角處先開始產生裂紋。為簡化計算，通常略去壓縮應力，只考慮彎曲應力。40計入齒根的應力集中考慮單對齒的嚙合點位置41開式齒輪m增大1015%；不小于1.5424、設計說明對減速傳動（z1YFa2，YSa1F2，因而在校核計算時應分別計算，即 43設計計算時，因為對小、大齒輪的比值不

12、一樣，為安全起見，通常取較大值，求得m（圓整成標準值）。對閉式齒輪傳動，算出m后圓整，對開式齒輪傳動，算出m，應加大m后，再圓整取標準值。影響彎曲疲勞強度的因素及提高強度的措施： m越大，F越小，則強度越高； b越大，強度越高； d=mz，當d一定時（接觸疲勞強度一定），增大m，減小z， 可提高強度。44設計計算時，設=1，則Y=1，取載荷系數K=1.22，則設計公式可簡化為此式對于直齒或斜齒圓柱齒輪均適用。5、許用彎曲應力 式中：SF，防止輪齒折斷的彎曲疲勞強度的安全系數。一旦輪 齒折斷，就會引起事故，因此，SF應取較大值。45一般情況=lim/S（對靜強度，lim為B或S），但此處為疲勞破

13、壞，因此lim應為疲勞極限，通常通過實驗獲得erN0，即Flim，但齒輪在工作過程中NN0或N350HBS 軟齒面：硬度350HBS(2) 建立相應的強度計算式(3) 合理選擇有關參數進行計算，確定d 或 m(4) 考慮其它可能產生的失效形式，進行強度校核(5) 幾何尺寸計算及結構設計齒輪傳動強度設計步驟8710-9 變位齒輪的強度計算概述 變位齒輪傳動的受力分析和強度計算的原理和標準齒 輪傳動一樣。2. 齒根彎曲疲勞強度強度： 變位齒輪的輪齒齒形有變化，因此輪齒彎曲強度計算 公式中的齒形系數 和應力修正系數 也隨之變化， 但進行彎曲強度計算時，仍用標準齒輪傳動的公式。查有關齒輪國標 對正變位

14、齒輪X齒根厚度3. 齒面接觸疲勞強度 高度變位時，輪齒的接觸強度不變，因此齒面接觸 強度計算公式中仍用標準齒輪傳動的公式。88 角度高度變位（ ）齒輪傳動時，輪齒的接觸強 度的變化用區域系數來體現：角度高度變位的直齒圓柱齒輪傳動的區域系數為：角度高度變位的斜齒圓柱齒輪傳動的區域系數為：查有關齒輪國標對正傳動：4.有利于提高齒輪強度的變位系數推薦值見P227表10-10。5.錐齒輪一般不作角度變位，為使大小齒輪傳動的彎曲 強度接近，可采用切向變位。8911-10齒輪的結構設計9091929394959697989911-11齒輪傳動的潤滑一、效率閉式：嚙合損失攪油損失軸承損失100二、潤滑v攪油

15、損失?：浸油：噴油攪起油池底部雜質加速磨損1011.浸油深度不能太高，一般一個齒高r/3,否則攪油損失大。2.油面距箱體底面距離：3050mm102解：的輸出轉矩 （不計功率損）。1. 一直齒圓柱齒輪傳動，已知齒輪的材料為鍛鋼，許用接觸應力許用彎曲應力彎曲載荷系數接觸載荷系數求大齒輪允許1.由齒面接觸強度求 ：103由表10-5查得：大齒輪所能傳遞的扭矩2.由齒根彎曲強度求 ：104n1n1例：圓柱齒輪的受力分析12n334n2n1Fr1Fr2Ft1Ft2Fa2Fa1Fr1Fr2Fa1Fa2Ft2Ft1齒輪1、2：齒輪3：Ft4Fr3Fa3齒輪4：Ft3Fr4Fa4105已知：轉動方向如圖，為使軸受軸向力最小求：齒輪1、2的旋向，并畫出齒輪2、3各力的方向機械設計基礎 齒輪傳動解：例題習題Fr3Ft2Ft31234Fa3Fa2Fa1Fr2106作業1，齒輪傳動有那幾種主要失效形式？2，齒輪傳動的設計準則是什么？3，如圖示為兩級斜齒圓柱齒輪減速器。已知輪1的螺旋線方向和軸轉向；齒輪2的參數mn=3mm，Z2=57，=14；齒