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1、公元前二世纪西汉初年公元前二世纪西汉初年的金属铸造齿轮的金属铸造齿轮第九章第九章齿轮传齿轮传动动91概述概述一、齿轮传动的特点一、齿轮传动的特点 二、齿轮传动的主要类型二、齿轮传动的主要类型 1、按传动轴相对位置、按传动轴相对位置 平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动优点：效率高，传动比恒定，结构紧凑，寿命长优点：效率高，传动比恒定，结构紧凑，寿命长 缺点：制造、安装精度要求；中心距不宜较大缺点：制造、安装精度要求；中心距不宜较大 相交轴齿轮传动相交轴齿轮传动交错轴齿轮传动交错轴齿轮传动2、按工作条件、按工作条件 3、按齿形、按齿形 渐开线、摆线、圆弧渐开线、摆线、圆弧 开开式式：外外露露，润润滑滑较
2、较差差，易易磨磨损损，适适于于低低速速及及不不重重要的场合要的场合半开式：只有简单的防护罩半开式：只有简单的防护罩闭式：润滑、密封良好。闭式：润滑、密封良好。常用常用计时仪器计时仪器承载能力强承载能力强三、齿轮设计的基本问题三、齿轮设计的基本问题1.1.传动要平稳传动要平稳：在传动中保持瞬时传动比不变，：在传动中保持瞬时传动比不变，冲击、振动及噪音尽量小。冲击、振动及噪音尽量小。2.2.承载能力大承载能力大-在尺寸小、重量轻的前提下，要求在尺寸小、重量轻的前提下，要求轮齿的强度高、耐磨性好及寿命长。轮齿的强度高、耐磨性好及寿命长。92 齿轮传动的失效形式与设计准则齿轮传动的失效形式与设计准则
3、一、失效形式一、失效形式 1、轮齿折断、轮齿折断 疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断(静强度问题静强度问题)现象：齿根处产生裂纹现象：齿根处产生裂纹扩展扩展断齿断齿原因：根部应力集中且受交变弯曲应力作用原因：根部应力集中且受交变弯曲应力作用F Flim原因：脆性材料突然过载或冲击原因：脆性材料突然过载或冲击轮齿折断：轮齿折断：闭式硬齿面闭式硬齿面齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式 提高轮齿抗折断的能力：提高轮齿抗折断的能力：1）减小齿根应力集中）减小齿根应力集中2）提高安装精度及支承刚度，避免偏载）提高安装精度及支承刚度，避免偏载3）设计时限制齿根弯曲应力小于许用值）设计时限制齿根弯曲应力小于
4、许用值 2、齿面疲劳点蚀、齿面疲劳点蚀 现象：齿面产生裂纹现象：齿面产生裂纹油的挤压油的挤压金属剥落金属剥落靠近节线的齿靠近节线的齿根面上出现麻点根面上出现麻点原因：齿面受交变接触应力作用原因：齿面受交变接触应力作用H Hlim常发生在有润滑油存在的闭式软齿面常发生在有润滑油存在的闭式软齿面(硬度硬度350HBS)传动传动开式传动中一般不会出现点蚀现象开式传动中一般不会出现点蚀现象疲劳点蚀：疲劳点蚀：闭式软齿面闭式软齿面齿轮的主要失效形式齿轮的主要失效形式 位置：节线附近位置：节线附近 1）单对齿啮合接触应力较大。）单对齿啮合接触应力较大。2）节线处相对滑动速度低，不易形成润滑油膜。）节线处相
5、对滑动速度低，不易形成润滑油膜。防止措施：防止措施：1）提高齿面硬度；）提高齿面硬度；2）降低表面粗糙度；）降低表面粗糙度；3）选用高粘度的润滑油；）选用高粘度的润滑油；4）提高加工、安装精度。）提高加工、安装精度。3、齿面磨损、齿面磨损 开式齿轮的主要失效形式开式齿轮的主要失效形式 防止措施：防止措施：提高齿面硬度提高齿面硬度 降低表面粗糙度降低表面粗糙度 降低滑动系数降低滑动系数 现象：齿面磨损、现象：齿面磨损、齿形变瘦齿形变瘦原因：两齿面间有相对滑动原因：两齿面间有相对滑动铁屑、灰尘进入铁屑、灰尘进入常发生于润滑不良的开式齿常发生于润滑不良的开式齿轮传动轮传动4、齿面胶合、齿面胶合 高速
6、重载传动的高速重载传动的主要失效形式主要失效形式 防止措施：防止措施：采用抗胶合能力强的润采用抗胶合能力强的润 滑油滑油 降低滑动速度（变位或减小模数）降低滑动速度（变位或减小模数）提高齿面硬度提高齿面硬度(热胶合热胶合)高速重载高速重载(冷胶合冷胶合)低速重载低速重载5、齿面塑性变形、齿面塑性变形低速重载软低速重载软齿面齿轮的主要失效形式齿面齿轮的主要失效形式防止措施：防止措施：提高齿面硬度提高齿面硬度 采用高粘度的润滑油或加极压添加剂采用高粘度的润滑油或加极压添加剂主动轮上形成凹沟主动轮上形成凹沟摩擦力分别朝向齿顶和齿根摩擦力分别朝向齿顶和齿根从动轮上形成凸棱从动轮上形成凸棱摩擦力由齿顶和
7、齿根朝向中间摩擦力由齿顶和齿根朝向中间二、设计准则二、设计准则主要失效形式主要失效形式 设计准则设计准则 闭式软齿面闭式软齿面齿轮传动齿轮传动 齿面疲劳点蚀齿面疲劳点蚀 齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度准则准则 闭式硬齿面闭式硬齿面齿轮传动齿轮传动 齿根弯曲疲劳折断齿根弯曲疲劳折断 齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度准则准则 软齿面齿轮软齿面齿轮（HBS350）硬齿面齿轮硬齿面齿轮（HBS350）开式传动：按轮齿开式传动：按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计不需要不需要校核校核接触接触疲劳强度疲劳强度93 齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理 一、常用的齿轮材料一、常用的齿轮材料 1、钢、
8、钢(1)锻钢锻钢优质碳素钢：优质碳素钢：45、合金钢：合金钢：35SiMn、40Cr、20CrMnTi、热处理热处理正火正火调质调质软齿面软齿面(硬度硬度350HBS)表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火氮化氮化硬齿面硬齿面(硬度硬度350HBS)常用于高速、重载、精密传动常用于高速、重载、精密传动(2)铸钢铸钢常用于尺寸大常用于尺寸大,不宜锻造的场合不宜锻造的场合(3)铸铁铸铁常用于不太重要、不受尺寸限制的场合。常用于不太重要、不受尺寸限制的场合。低速，小功率低速，小功率(4)非金属非金属夹布胶木、尼龙、夹布胶木、尼龙、常用于小功率、精度不高、噪声低、常用于小功率、精度不高、噪声低、无需润滑无需
9、润滑的场合的场合原因：原因：1）小齿轮齿根强度较弱）小齿轮齿根强度较弱 2）小齿轮的应力循环次数较多）小齿轮的应力循环次数较多 3)当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的接触疲劳强度大齿轮的接触疲劳强度 6、钢制软齿面齿轮要求小齿轮硬度大于大齿轮、钢制软齿面齿轮要求小齿轮硬度大于大齿轮30-50 HBS二、齿轮材料的选择原则二、齿轮材料的选择原则 1、齿轮材料必须满足工作条件的要求、齿轮材料必须满足工作条件的要求2、应考虑齿轮尺寸的大小、应考虑齿轮尺寸的大小
10、,毛坯成型方法和热处理及制造工艺毛坯成型方法和热处理及制造工艺3、正火碳钢、正火碳钢轻度冲击；调质钢轻度冲击；调质钢中等冲击中等冲击4、合金钢、合金钢高速，重载，冲击载荷高速，重载，冲击载荷5、飞行机器中的齿轮、飞行机器中的齿轮表面硬化的高强度合金钢表面硬化的高强度合金钢轮齿具有足够强度和韧性轮齿具有足够强度和韧性抵抗轮齿折断抵抗轮齿折断齿面具有较高的硬度和耐磨性齿面具有较高的硬度和耐磨性抵抗齿面点抵抗齿面点蚀、胶合、磨损、塑性变形蚀、胶合、磨损、塑性变形高速、重载高速、重载 较好的材料及热处理方式较好的材料及热处理方式体积紧凑体积紧凑94 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷 齿面接触线上的
11、法向载荷齿面接触线上的法向载荷Fn名义载荷名义载荷 计算载荷计算载荷 Fnc=K Fn 载荷系数载荷系数 KA工作情况系数工作情况系数 Kv 动载荷系数动载荷系数 K 齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数 K 齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数 1 1、工作情况系数、工作情况系数K KA A 表表9-9-2 2K KA A 是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷的影是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷的影响系数。响系数。2 2、动载荷系数、动载荷系数K KV V 考虑齿轮制造、安装误差及弹性变形引起的附加动载荷考虑齿轮制造、安装误差及弹性变形引起的附加动载荷主要影响因素：主要影响因素：1）齿轮
12、的制造精度）齿轮的制造精度Pb1Pb2 (图、图、)2）圆周速度）圆周速度V（图）图）a）当当Pb2Pb1时时 b）当当Pb20X0时一般齿顶变尖，齿根变厚，弯曲强度时一般齿顶变尖，齿根变厚，弯曲强度（正变位）（正变位）X0X0时一般齿顶变厚时一般齿顶变厚，齿根变薄，弯曲强度齿根变薄，弯曲强度（负变位）（负变位）为保证一对齿轮等弯曲强度为保证一对齿轮等弯曲强度 小齿轮采用正变位，而大齿轮则采用负变位小齿轮采用正变位，而大齿轮则采用负变位 2 2、齿面接触疲劳强度计算、齿面接触疲劳强度计算 a)a)高度变位齿轮传动高度变位齿轮传动节点区域系数节点区域系数Z ZH H不变，不变，接触疲劳强度不变。
13、接触疲劳强度不变。b)b)角度变位齿轮传动角度变位齿轮传动要修正节点区域系数要修正节点区域系数 正传动，接触疲劳强度正传动，接触疲劳强度负传动，接触疲劳强度负传动，接触疲劳强度 3 3、齿轮传动变位的目的、齿轮传动变位的目的 1 1）使）使Z Zminmin即可得到不根切的最少齿数即可得到不根切的最少齿数2 2）接高弯曲疲劳强度和接触疲劳强度）接高弯曲疲劳强度和接触疲劳强度3 3）提高耐磨性和抗胶合性）提高耐磨性和抗胶合性910 910 齿轮的结构设计齿轮的结构设计 综合考虑综合考虑几何尺寸几何尺寸毛坯毛坯材料材料加工方法加工方法使用要求及经济性使用要求及经济性1 1、齿轮轴、齿轮轴 e2mt
14、（2m，da160mm 3 3、腹板式齿轮、腹板式齿轮 da500mm 4 4、轮辐式齿轮、轮辐式齿轮 400mmda12m/s喷油润滑喷油润滑 1 1、V12m/s浸油润滑浸油润滑二、润滑剂的选择二、润滑剂的选择 表表9-11 本章重点本章重点齿轮传动的主要类型齿轮传动的主要类型齿轮的主要失效形式与设计准则齿轮的主要失效形式与设计准则钢制软齿面齿轮为何小齿轮硬度要高于大齿轮钢制软齿面齿轮为何小齿轮硬度要高于大齿轮?齿轮传动的计算载荷中的载荷系数包括哪几项齿轮传动的计算载荷中的载荷系数包括哪几项?直齿轮传动受力的大小和方向直齿轮传动受力的大小和方向计算弯曲应力和接触应力的啮合点位置计算弯曲应力和接触应力的啮合点位置?校核和设计公式中校核和设计公式中各项参数的含义各项参数的含义?变位后的齿轮在强度方面有哪些改变变位后的齿轮在强度方面有哪些改变?斜齿轮传动受力的大小和方向斜齿轮传动受力的大小和方向,当量齿轮和当量齿数当量齿轮和当量齿数锥齿轮传动受力的方向锥齿轮传动受力的方向,当量齿轮和当量齿数当量齿轮和当量齿数第九章第九章 结束结束