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1、第十一章 齿轮传动 闭式传动：适用于重要的齿轮传动 。 开式传动：适用于低速齿轮传动。 1、 轮齿折断 一般发生在齿根部位 11-1 轮齿的失效形式 过载折断：因短时严重过载引起 。 疲劳折断：因载荷重复作用，弯曲应 力超过弯曲疲劳极限引起。 1、 轮齿折断 措施： 提高材料的硬度, 加强润滑， 提高油的粘度。 在节圆附近一对齿受力, 载荷大,滑动速度低形成油膜条件差； 接触疲劳产生小裂纹-扩展-脱落-凹坑 。 2、齿面点蚀 软齿面齿轮 在闭式齿轮传动中 失效形式：点蚀 3、齿面胶合 措施： 齿面硬度 ， 粗糙度 ， 抗胶合能力 。 高速重载，散热不良；滑动速度大； 齿面粘连后撕脱。 4、齿面
2、磨损 ： 磨粒磨损 跑合磨损 磨粒磨损 ： 灰尘、硬屑粒进入齿面间引起的磨损 。 跑合磨损： 新齿轮副，由于加工后表面具有一定粗 糙度，受载后只有峰顶接触，引起的磨损 。 5、齿面塑性变形 ： 在重载下，较软的齿面上产生局部的塑 性变形，使齿廓失去正确的齿形。 11-2 齿轮材料及热处理 材料： 优质碳素钢、合金结构钢、铸钢、铸铁 （表11-1 ） 开式低速传动可采用灰铸铁、球墨铸铁 常用热处理方法： 1、表面淬火： 适用于中碳钢、中碳合金钢，如45、40Cr 齿面硬度：5662HRC 2、渗碳淬火: 适用于含碳量0.150.25%的低碳钢、低碳 合金钢。如20、20Cr 齿面硬度：5662H
3、RC 常用热处理方法 ： 3、调质： 用于中碳钢、中碳合金钢。 如45、40Cr、35SiMn 齿面硬度：220 260HBS 4、正火： 用于机械强度要求不高的齿轮， 大直径的齿轮。 常用热处理方法 ： 5、渗氮： 常用的渗氮钢：38CrMoAlA 齿面硬度：60-62HRC 软齿面 调质、正火处理后 齿面硬度较低 大小齿轮均为软齿面时，小齿轮的齿面 硬度比大齿轮高2050HBS。 硬齿面 当大小齿轮均为硬齿面时，小齿轮的 硬度应略高，也可和大齿轮相等。 表面淬火、渗碳淬火、渗氮 处理后齿面硬度较高 承载能力高，常用于要求结构紧凑或 生产批量大的齿轮。但需专门设备磨齿 。 11-3 齿轮传动
4、的精度 制造、安装齿轮传动装置时，会产生误差 误差对传动的影响： 1、影响传递运动的准确性。 2、影响传动平稳性。 3、齿轮上的载荷分布不均匀。 GB10095-88 对圆柱齿轮及齿轮副规定了12个精度等级 常用：69级 如表11-2 11-4 直齿轮传动的作用力及计算载荷 一、轮齿上的作用力 齿廓在C点接触， 不计摩擦力， 齿轮所受总压力： 法向力 Fn Fn Fn tt 一、轮齿上的作用力 Fn 圆周力Ft 径向力Fr Fn t t Ft Fr 方向：指向轮心 径向力计算： 圆周力计算： 方向：主动轮上与 相反， 在从动轮上与 相同。 T1齿轮上的转矩 P1传递的功率 小齿轮的角速度 n1
5、 小齿轮转速 d1小齿轮分度圆直径 压力角 二、计算载荷 称为名义载荷， 理论上，它应沿齿宽均匀分布。 Fn 考虑应力集中，附加动载荷， 计算齿轮强度时，引入计算载荷KFn K载荷系数，查表113 图11-6 轴的弯曲变形引起的齿向偏载 11-5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算 计算齿轮节点处的接触应力（易发生点蚀） 赫兹公式 计算齿轮节点处的接触应力 对于标准齿轮传动，节圆处齿廓曲率半径 d1 N1 C 计算齿轮节点处的接触应力 计算齿轮节点处的接触应力 计算齿轮节点处的接触应力 将（1）、（2）代入公式： 齿轮节点处的接触应力 齿轮节点处的接触应力 齿面接触强度验算公式： 注意代公式
6、计算时，各参数的单位 。 许用接触应力 设计公式： 取齿宽系数 得设计公式： 设计公式： 齿轮接触疲劳极限 查p166表11-1 安全系数 查p171表11-5 注意：应取配对齿轮中的较小的 代入设计公式。 11-6 直齿圆柱齿轮传动的 轮齿弯曲强度计算 建立力学模型： 假设全部载荷作用于齿顶； 用30切线法确定危险截面 。 危险截面处厚度 分解 ： 使齿根产生弯曲应力 产生压缩应力， 较小不计。 齿根危险截面的弯曲力矩 ： K载荷系数 弯曲力臂 危险截面的弯曲截面系数W ： 危险截面的弯曲应力： 齿形系数 根据齿数Z查图11-8 轮齿弯曲强度的验算公式 ： 验算公式 注意：必须分别验算两齿轮
7、的弯曲强度 轮齿弯曲强度的设计公式： 引入齿宽系数， 代入验算公式得 ： 齿轮弯曲强度设计公式 ： T1小齿轮上的转矩，Nmm 小齿轮的齿数 m模数，mm 许用弯曲应力 齿轮弯曲强度设计公式 1、 应代入 、 中较大者 2、算得的模数应按表4-1圆整成标准值 3、传递动力的齿轮模数不宜小于1.5mm 4、对于开式传动，将算得m加大1015% 注意： 许用弯曲应力 计算： 齿轮的齿根弯曲疲劳极限 查表11-1（单侧工作） 双侧工作： 轮齿弯曲疲劳安全系数，查表11-5 设计准则 软齿面闭式传动： 先按齿面接触疲劳强度设计公式确定传动 的尺寸验算轮齿弯曲强度。（常因点 蚀失效） 硬齿面闭式传动：
8、先按弯曲强度设计公式确定模数等尺寸 验算齿面接触疲劳强度。（抗点蚀能力 强） 设计准则 开式传动： 按保证齿根弯曲疲劳强度进行计算， 考虑磨损的影响，许用弯曲应力： 11-8 斜齿圆柱齿轮传动 一、轮齿上的作用力 ： Fn Ft Fa Fr C T 总法向力 Fn 圆周力 径向力 轴向力 Ft Fr Fa 圆周力 ： Fn Ft Fa Fr C a b e T1 方向： 主动轮上与运动 方向相反。 从动轮上与运动 方向相同。 Fn Ft Fa Fr C a b e T n 在 中： 在 中 ： 分度圆螺旋角 法向压力角 方向： 指向各自轴心 径向力： 轴向力 ： Fn Ft Fa Fr C b
9、 e a 在 中： 方向： 当主动轮为右旋 右手定则 当主动轮为左旋 左手定则 受力方向： 圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同 。 径向力：指向轴心。 轴向力：可用左、右手定则判断。 受力方向 ： n n（主动） 二、斜齿圆柱齿轮强度计算 ： 在法面上进行分析，基本原理与直齿圆柱 齿轮相似。 齿面接触疲劳强度计算（钢制、标准斜齿轮） ： 验算公式 设计公式 ： Nmm Mpa K载荷系数如表11-3 齿面接触疲劳强度设计： 算出 d后 选定 计算 设计公式： 按表41圆整成标准值 通常： 人字齿 斜齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算： 验算公式 设计公式 ： 11-9 直齿圆锥齿轮传动 一
10、、直齿圆锥齿轮受力分析 ： Fr Fn Ft Fa a b d e 总法向力 Fn 圆周力 径向力 轴向力 Ft Fr Fa 一、直齿圆锥齿轮受力分析 ： Fr Fn Ft Fa a b d 圆周力大小： 小齿轮上的转矩 小齿轮齿宽中点 分度圆直径 方向 ： 主动轮上与运动 方向相反。 从动轮上与运动 方向相同。 径向力： 方向：垂直指向 齿轮轴线 Fr Fn Ft Fa a b d 在 中： 在 中： e 轴向力： Fr Fn Ft Fa a b d e 在 中： 方向：分别指向 各轮大端 直齿圆锥齿轮传动的作用力 当 时 1 2 二、强度计算 ： 的一对钢制直齿圆锥齿轮的齿面 与位于齿宽中
11、点 的一对当量圆柱 齿轮传动的强度 相当。 接触强度计算： 齿面接触强度计算： 齿面接触强度计算 ： 将有关当量齿轮的几何关系式代入： 验算公式 设计公式： 齿根弯曲疲劳强度计算： YFa齿形系数，按当量齿数 由图11-8查取 YSa齿根应力修正系数，按当量齿数 由图11-9查取 mm 平均模数 齿根弯曲疲劳强度计算 ： Re-0.5b 齿根弯曲疲劳强度计算： -校核公式 设计公式 ： m-圆整成标准值 11-10 齿轮的构造 整体式：齿轮和轴作成一体（齿轮轴） 适用于直径较小、齿根圆直径与轴径 接近的钢质齿轮。 分体式：齿轮和轴分开制造 适用于齿轮的直径比轴的直径大得多 的场合。 整 体 式
12、： 分体式： 齿顶圆直径 时，锻造或铸造 。 腹板式齿轮 分体式： 直径较小时可作成实心的。 分体式 ： 时，铸造。 轮 辐 式 齿 轮 焊接式 ： 单件或小批生产 大型齿轮可采用 装配式结构：对较大尺寸的合金钢齿轮常采用 因制造工艺的原因而采用装配式结构 齿圈 轮芯 11-11 齿轮传动的润滑和效率 开式齿轮传动润滑：人工定期加油润滑 。 油 润滑油 润滑脂 一.齿轮传动的润滑 闭式齿轮传动润滑方式： 油池润滑：齿轮圆周速度 时采用。 喷油润滑：齿轮圆周速度 时采用。 1、油池润滑： 大齿轮浸入油池一定深度，齿轮运转时 把润滑油带到啮合区，同时也甩到箱壁 上，借以散热。 当 v 较大时，浸入深度约为一个齿高 当 v 较小（ ）时，为齿轮半 径的 。 油池润滑： 多级齿轮传动可采用惰轮蘸油润滑。 2、喷油润滑： 用油泵将润滑油直接喷到啮合区 。 润滑油粘度：开式传动按表11-8选取。 闭式传动查图1122 润滑油牌号：按表11-7选取， 或机械设计手册查取。 二、效率 ： 齿轮传动效率查表11-9。 齿轮传动的功率损耗主要包括: 1.啮合中的摩擦损耗， 2.搅动润滑油的油阻损耗， 3.轴承中的摩擦损耗。 例题
