齿轮传动(第10章)讲解

第10章
齿轮传动
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§10.1 概述
齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动型式。 而且历史悠久，我国西汉时所用的翻水车，三国时所造的 指南针和晋朝时所发明的记里鼓车中都应用了齿轮机构。 现代生产和生活中，齿轮的应用更为广泛：机械钟表、大 多数机床的传动系统、汽车的变速箱、精密电子仪器设备 （光盘驱动器、录音机等）。
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2、齿面疲劳点蚀
• 强度计算：бH≤[бH]
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★ 点蚀常发生于闭式软齿面（HBS≤350）传动中 ★ 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关 ★ 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近 ★ 开式传动中一般不会出现点蚀现象
措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径，提高润 滑油粘度。
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3.齿面磨粒磨损
• 磨损也是开式齿轮传动常见的失效形式之
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圆柱齿轮传动的主要参数、精度选择 主要参数：模数m、齿数z、传动比i、 齿数比u、中心距a、变位系数x。
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齿轮精度（1～１２级）
•
7—6—6 G M GB10095—88
齿厚下偏差
齿厚上偏差
第Ⅲ公差组精度（接触精度）
Fra Baidu bibliotek
第Ⅱ公差组精度（平稳性精度）
第Ⅰ公差组精度（运动精度）
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§10.2 齿轮传动的失效方式
为了防止轮齿过早发生疲劳折断，应使齿 根弯曲应力бF≤[бF]
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.轮齿折断
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2.齿面点蚀 原因
• 在靠近节圆的齿根面上，此时只有单对齿啮合， 轮齿受力较大
• 相对滑动速度较低，不易形成润滑油膜，接触强 度低；
• 润滑油渗入到由接触疲劳产生的微裂纹中，裂纹 扩展，引起表面金属脱落，形成凹坑。
小裂纹-扩展-脱落-凹坑 。
原因：
高速重载，瞬时温高，油膜被破坏，相啮合的两齿面 粘结在一起，沿着滑动方向形成伤痕； 低速重载或缺润滑油时，由于压力过大，油膜被挤破 引起胶合—冷胶合。 现象：齿面粘连后撕脱
措施： 减小模数，降低齿高； 抗胶合能力强的润滑油； 材料的硬度及配对
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5.齿面塑性变形 措施：材料的选择及硬度
被动
主动
相对滑动方向 19
磨损、塑性变形
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弯曲折断
齿轮的失效形式
点蚀
现象与原因？
。。 。。。。 改进措施？
。
磨损
主动
被动
胶合
塑性变形
主动
被动
相21对滑动
10.3.齿轮的材料及热处理 一.对齿轮材料的基本要求：齿面要硬，齿
芯要韧。 经济性： 毛坯选择 工艺要求：热处理方式 硬度选择：*软齿面硬度350HBS；
考虑齿以外的其他因素对齿轮传动 的影响，主要考虑原动机和工作机的影响
载荷状况
均匀平稳 轻微冲击 中等冲击 严重冲击
工作机器 …
电机 1.0
原动机 …… 1.1 1.25
内燃 机…
1.5
… 1.25 1.35 1.5 1.75
…
1.5 1.6 1.75 2.0
… 1.75 1.85 2.0 2.25 25
二.常用齿轮材料
钢 45 、 40Cr、20CrMnTi 铸钢 ZG310-570 铸铁 HT300、QT500-7 有色金属： 铜合金、铝合金 非金属：夹布塑胶、尼龙
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§10.4 齿轮传动的计算载荷
平均载荷：
p

Fn L
计算载荷
pca

K Fn L
载荷系数：K KAKvK K
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1.使用系数 K A (表6 7）
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• 设计时
• 1、可采取提高轴、轴承和机座的刚度，选取合理 的齿轮布置（悬臂布置时应尽量减小悬臂长度， 非对称布置的小齿轮应远离输入端）
• 2、选择合理齿宽，提高制造与安装精度 • 3、把轮齿制成鼓形齿等均可减小齿向载荷分布的
不均匀性。
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4.齿间载荷分配系数： K
2.动载系数： Kv
由于存在制造和装配的误差，受载后， 轮齿产生弹性变形，使得法节不相等， 导致瞬时传动比不准确，产生角加速 度
齿轮修缘
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2.动载系数： Kv (图10 8)
齿轮精度、速度
精度等级
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3.齿向载荷分布系数： K (KH、KF )
轮齿载荷沿接触线分布不均匀 轴上位置； 轴及支承刚度； 制造和安装精度。
功能：主要用来传递两轴间的回转运动，还可以实现 回转运动和直线运动之间的转换。
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1.1 齿轮传动的分类
①从使用要求分：传动齿轮和动力齿轮； ②从齿廓曲线来分：渐开线齿轮传动和非渐开线齿轮传动； ③从轮体外形分：圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动 ④从工作条件分：
开式齿轮传动：如水泥搅拌机齿轮、卷扬机齿轮 半开式齿轮传动：具有简易防护罩。 闭式齿轮传动：汽车变速箱、机床主轴箱齿轮，减速器齿 轮等。 开式传动：润滑差，常用于低精度、低速传动； 闭式传动：齿轮置于封闭严密的箱体内，精度高。润滑及防
护条件好。
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内
圆
啮
锥
合 齿
齿 轮
轮
传
传
动
动
人
斜
字
齿
齿
轮
轮
传
传
动
动
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矿石球磨机
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齿轮传动的特点： 1、优点：与带、链传动比较,齿轮传动具有工作可
靠、使用寿命长、传动比为常数（包括瞬时传动 比及平均传动比）、传动效率高、结构紧凑、传 递功率与速度范围广。 2、缺点：齿轮加工需要专用机床、成本较高、精度 等级低时工作中的振动与噪声较大、不适用于中 心距大的场合。
*软齿面齿轮HBS1-HBS230～50
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钢制软齿面齿轮要求小齿轮硬度大于大齿轮30-50 HBS
原因：1）小齿轮齿根强度较弱 2）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 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
* 避免胶合的合适配对： 软—软；软—硬；软—铁；硬—硬。
1.轮齿折断 原因： • 齿根弯曲应力大； • 齿根应力集中
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1、轮齿折断
★ 疲劳折断
★ 过载折断
全齿折断—常发生于齿宽较小的直齿轮 局部折断—常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮
措施：选用合适的材料及热处理方法，使齿根芯部 有足够的韧性；采用正变位齿轮以增大齿根的厚度； 增大齿根圆角半径，消除齿根加工刀痕；对齿根进 行喷丸、碾压等强化处理； 提高齿面精度、增大 模数等
一，（砂粒、金属屑）
• 齿轮加工好后，其齿面总是存在一定的粗糙度。 而齿轮工作时，齿面间又存在相对滑动，因此齿 面磨粒磨损是不可避免的。
• 提高抗磨损的措施：提高齿面硬度，降低表面粗 糙度，注意润滑油的清洁和定期更换，注意环境 清洁，减少落在齿面的杂物，改用闭式齿轮传动。
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磨损
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4.齿面胶合