第十一章齿轮传动

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1、第十一章齿轮传动（一）教学要求1、掌握齿轮传动的主要失效形式，了解常用齿轮材料及热处理方法，掌握齿轮材料的计算载荷2、掌握直齿圆柱齿轮的强度计算方法及主要参数的选择方法3、掌握斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮受力分析和强度计算方法4、了解其它齿轮传动的特点（二）教学的重点与难点1、轮齿主要失效形式，载荷系数，材料与热处理2、齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算3、斜齿轮和锥齿轮受力分析和强度计算的特点，当量齿轮（三）教学内容§11-1轮齿的失效形式失效形式分两类：轮齿折断；齿面损坏。轮齿折断又分：疲劳折断

2、；过载折断齿面损坏又分：点蚀、摩损和胶合、塑性变形故五种常见的失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。1.轮齿折断过载折断—载荷过大或脆性材料：材料有淬火钢和铸铁。弯曲疲劳折断——闭式硬齿面齿轮传动最主要的失效形式；1）轮齿单侧工作，受到脉动循环应力作用。2）双侧工作时，受到对称循环应力作用。部分形式：齿根整体折断—直齿，b较小时局部折断—斜齿或偏载时，b较大时部位：σ，应力集中Fmax提高轮齿抗折断能力的措施：1）减小齿根应力集中（增加齿根过渡圆角，降低齿根部分表面粗糙度

3、）；2）高安装精度及支承刚性，避免轮齿偏载；3）设计时限制齿根弯曲应力小于许用值；4）改善热处理，使其有足够的齿芯韧性和齿面硬度；5）齿根部分进行表面强化处理（喷丸、滚压）。2.齿面点蚀闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式。形式：收敛性点蚀—开始由于表在粗糙，局部接触应力较大引起点蚀，过后经跑合，凸起磨平软齿面逐渐消失扩展性点蚀—硬齿面发生点蚀或软齿面σ≥[σ]时HH位置：节线附近原因：1）单齿对啮合接触应力较大；2）节线处相对滑动速度较低，不易形成润滑油膜；3）另外油起到一个媒介作用，润滑油渗入到微

4、裂纹中，在较大接触应力挤压下使裂纹扩展直至表面金属剥落。防止措施：1）提高齿面硬度；2）降低表面粗糙度；3）采用角度变位X=X+X>0（增加综合曲率半径）；Σ124）选用较高粘度的润滑油；5）提高精度（加工、安装）；6）改善散热。开式齿轮传动由于磨损较快，一般不会点蚀3．齿面胶合原因：高速、重载→压力大，滑动速度高→摩擦热大→高温→啮合齿面粘结（冷焊结点）→结点部位材料被剪切→沿相对滑动方向齿面材料被撕裂（主要发生在齿顶、齿根等相对速度较大处）—热胶合（主要失效形式）。低速重载或缺油→冷胶合（压力

5、过大、油膜被挤破引起胶合）形式：热胶合—高速重载；冷胶合—低速重载，缺润滑油防止措施：1）采用抗胶合能力强的润滑油η↑（加极压添加剂）；2）采用角度变位齿轮传动（XΣ=X1+X2>0），使滑动速度VS下降。（使始末位置，相对滑动速度↓）；3）减小m和齿高h，降低滑动速度VS；4）提高齿面硬度；5）降低√；6）配对齿轮有适当的硬度差；7）改善润滑与散热条件。4．齿面磨损开式齿轮的主要失效形式；分成磨粒磨损和跑合磨损两种。由于灰尘、砂粒等硬颗粒容易进入齿面间而发生磨损。危害：齿廓显著变形、振动和噪音、

6、影响轮齿正常工作，最终使传动失效。防止措施：1）提高齿面硬度；2）降低表面粗糙度；3）降低滑动系数；4）润滑油定期清洁和更换；5）变开式为闭式。跑合：轻载高速下，使一对齿轮充分磨合。a）轮齿折断b）齿面点蚀c）齿面磨损d）齿面胶合图11.1齿轮的失效形式5．齿面塑性变形低速重载软齿轮传动的主要失效形式在重载的条件下，较软的齿面上表层金属可能沿滑动方向（沿摩擦力方向）滑移，出现局部金属流动现象，使齿面产生塑性变形，齿廓失去正确的齿形。在起动和过载频繁的传动中较易产生这种失效形式。防止措施：1）提高齿

7、面硬度；2）采用高粘度的润滑油或加极压添加剂。图11.2轮齿塑性变形§11-2齿轮材料及热处理一、齿轮材料1、对齿轮材料的要求：选择齿轮材料总体上要考虑防止产生齿面失效和轮齿折断。∴基本要求：齿面要硬，齿芯要韧2、常用的齿轮材料：各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等，一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮直径在400～600mm范围内时，可采用铸钢；开式低速齿轮可采用灰铸铁；球墨铸铁有时可以代替铸钢。1）钢——最常用，可通过热处理改善机械性能（1）锻钢：软齿面齿轮（HBS≤350）如45、40

8、Cr热处理，正火调质，加工方法，热处理后精切齿形—8、7级，适合于对精度、强度和速度要求不高的齿轮传动硬齿面齿轮（HBS>350）（是发展趋势）20Cr，20CrMnTi，40Cr，30CrMoAlA，表面淬火，渗碳淬火，氮化和氰化，先切齿→表面硬化→磨齿精切齿形→5、6级适合于高速、重载及精密机械（如精密机床、航空发动机等）（2）铸钢——用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除铸造应力。强度稍低2）铸铁——脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差，但抗胶合和点蚀能力较强，用于工作平稳、低速和