第十章 齿轮传动

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1、第十章齿轮传动本章学习要求熟悉齿轮传动的特点及应用掌握不同条件下齿轮传动的失效形式与设计准则掌握齿轮常用材料及热处理方法的选择掌握齿轮传动的载荷计算及各类齿轮传动的受力分析掌握齿轮设计原理及强度计算方法掌握不同类型、不同尺寸齿轮的结构设计了解齿轮传动的精度与润滑设计10-1概述特点效率高，结构紧凑，传动可靠，寿命长缺点安装精度要求高，成本较高，不宜用于远距离传动，无过载保护工作开式，半开式，闭式应用功率可达10万kw；圆周速度可达200m/s10-2齿轮传动的失效形式及设计准则一、齿轮的失效形式轮齿折断原因疲劳断裂：

2、轮齿根部弯曲应力最大，且有应力集中变载荷产生裂纹裂纹扩大疲劳断裂局部折断：斜齿轮传动因制造安装不良齿轮轴弯曲变形轮齿局部受载局部折断突然过载折断；磨损过度折断预防措施增大齿根过度圆角半径，消除加工刀痕以减小应力集中增大支撑刚度使轮齿在接触线上受载均匀采用合适的热处理增强齿芯韧性对齿面进行强化处理，如喷丸、滚压等，提高齿面硬度原因：提高齿面硬度；低速传动可采用较高粘度的润滑油；高速传动可采用喷油润滑；使油难于侵入点蚀裂缝齿面点蚀脉动循环变化的接触应力齿面疲劳产生麻点麻点扩大形成裂纹裂纹发展并脱落形成浅坑点蚀常发生在闭式

3、传动，软齿面，节线至齿根面之间。因相对速度低，难以形成油膜，且受载大预防措施：改用闭式；注意润滑、清洁；适当提高齿面硬度与光洁度齿面磨损原因：发生在开式传动，灰尘，磨粒进入齿面磨粒进入齿面磨损破坏齿形引起振动进一步磨损齿厚变薄导致折断预防措施：齿面胶合采用抗胶合的润滑油；在油中加入抗胶合的添加剂原因：热胶合：高速，重载，高温，润滑条件差冷胶合：低速，重载，油膜破坏高速重载高温齿面发生粘连因相对滑动，粘连部分被撕破齿面伤痕，即胶合预防措施：油膜破坏原因：滚压塑变：过大的应力，较低的齿面硬度，材料处于屈服状态，轮齿相互滚

4、压与滑动引起材料塑性流动，主动轮被碾成沟槽，从动轮被挤成脊棱锤击塑变：因冲击而产生与轮齿啮合线相一致的沟槽预防措施：提高齿面硬度，采用高粘度润滑油主动齿轮从动齿轮塑性变形闭式齿轮传动：以保证齿面接触强度为主，对齿面强度高但齿芯强度低或材质脆的齿轮则以保证齿根弯曲强度为主开式或半开式：以保证齿根弯曲强度为设计准则高速大功率齿轮传动：除以上计算外，还要计算齿面胶合能力二、设计准则10-3齿轮材料及其选择原则基本要求齿面硬齿芯韧一、常用材料1.钢锻钢：碳钢，合金钢韧性好，耐冲击，可热处理，化学处理一般齿轮：齿面硬度≤350

5、HBS7-8级精度调质，常化处理切齿高精度齿轮：调质，常化处理切齿表面硬化处理（淬火，渗碳，氮化等）磨齿硬度≥58-65HRC4-5级精度铸钢：用于尺寸较大齿轮，切齿前要经退火或常化处理，消除铸造时残余内应力和硬度不均匀现象2.铸铁材质脆，抗冲击与耐磨性较差，但抗胶合与抗点蚀能力较好，3.非金属材料常用于载荷平稳，速度较低，功率不大的场合弹性模量小，不易出现点蚀，耐热性差，易出现胶合常用于高速、轻载、精度要求不高的场合，或小轮为非金属材料，大轮仍用钢或铸铁二、齿轮材料的选择原则1.必须满足工作条件要求2.考虑齿轮尺寸

6、大小3.考虑热处理制造工艺4.软齿面齿轮传动要有一定的硬度差表10-1列出常用齿轮材料及其力学性能一般：45钢调质、常化处理，软齿面组合，并有一定硬度差重要：选合金钢，调质、淬火，硬齿面组合，HRC1≈HRC2大型：铸钢低速、轻载、无冲击、开式：铸铁轻载、要求低噪声：工程塑料10-4齿轮传动的计算载荷一、齿轮的计算载荷平均载荷法向载荷，N接触长度，mm计算载荷载荷系数二、载荷系数1.使用系数KA考虑外部因素：原动机类型，工作机载荷状态等对载荷的影响（表10-2）2.动载系数KV影响因素：制造装配误差瞬时传动比不为常数

7、产生角加速度引起动载荷或冲击另外单双对齿啮合过渡啮合齿对刚度变化动载荷考虑齿轮本身的啮合振动产生的内部附加动载荷影响的系数取决于齿轮的制造精度和圆周速度改善措施：引入系数：KV见图10-8提高制造精度减小齿轮直径以降低齿轮圆周速度对齿顶进行修缘3.齿间载荷分配系数Kα考虑同时啮合的齿对之间载荷分配不均匀的影响系数影响因素：力作用点位置的改变啮合齿对刚度相应变化同时啮合的齿对间载荷分配不均匀另外同时啮合的齿对间载荷分配不均匀引入系数：Kα见表10-3取决于齿轮啮合的重合度，制造精度，啮合刚度4.齿向载荷分布系数Kβ考虑

8、载荷沿齿宽方向分布不均匀影响的系数影响因素：取决于齿轮轴系的刚度，齿轮在轴上的位置，齿宽，以及制造和安装误差轴弯曲变形齿轮偏斜载荷沿齿宽方向分布不均改善措施：增大轴、轴承支撑的刚度；对称的配置轴承，若不对称，齿轮应远离输入端；尽量避免悬臂布置齿轮；适当的限制齿宽，沿齿宽修形（鼓形）引入系数：Kβ分为KHβ见表10-4,KFβ查图10-1310.