齿轮传动的润滑设计

机械传动系统的齿轮设计与优化机械传动系统是现代工业中不可或缺的一部分，它用于将动力从一个部件传递到另一个部件。

而齿轮作为机械传动系统中最常见的传动元件之一，其设计和优化对于传动系统的性能至关重要。

一、齿轮设计的基本原理齿轮传动是通过齿轮齿面之间的啮合来传递动力的。

齿轮的设计需要考虑到以下几个方面：1. 齿轮的模数：模数是齿轮齿数和齿轮直径的比值，它决定了齿轮的尺寸。

一般来说，模数越大，齿轮的尺寸越大，承载能力也越大，但是齿轮的精度和效率会降低。

2. 齿轮的齿数：齿数决定了齿轮的转速比，即输入轴和输出轴的转速之比。

齿数越多，转速比越大，但是齿轮的尺寸也会增加。

3. 齿轮的齿形：齿形的设计直接影响齿轮的传动效率和噪音。

常见的齿形有直齿、斜齿、渐开线齿等。

渐开线齿形是目前应用最广泛的一种，它能够减小齿轮啮合时的冲击和噪音。

二、齿轮设计的优化方法齿轮的设计不仅需要满足传动比和承载能力的要求，还需要考虑到传动效率、噪音和寿命等因素。

以下是一些常见的齿轮设计优化方法：1. 材料选择：齿轮的材料选择直接影响到齿轮的承载能力和寿命。

一般来说，齿轮的材料应具有高强度、高硬度和良好的韧性。

常见的材料有钢、铸铁和铜合金等。

2. 齿轮的润滑：齿轮传动中的润滑是非常重要的，它能够减小齿轮的摩擦和磨损，提高传动效率和寿命。

常见的润滑方式有油润滑和干润滑两种。

3. 齿轮的加工工艺：齿轮的加工工艺对于齿轮的精度和质量有着重要的影响。

常见的加工工艺有铣削、滚齿和磨齿等。

不同的加工工艺会对齿轮的精度、强度和噪音产生不同的影响。

三、齿轮设计的案例分析为了更好地理解齿轮设计与优化的过程，我们可以通过一个实际的案例来进行分析。

假设我们需要设计一个用于汽车变速器的齿轮传动系统。

根据汽车的使用要求，我们需要考虑到传动比、承载能力、传动效率和噪音等因素。

首先，我们需要确定齿轮的模数和齿数。

根据变速器的设计要求，我们可以选择适当的模数和齿数，以满足传动比和承载能力的要求。

齿轮传动的润滑方法
齿轮传动的润滑方法有三种：干式润滑、半干式润滑和湿式润滑。

1.干式润滑。

干式润滑是指不加润滑剂，齿轮直接在空气中运转。

一般适用于速度
较高、载荷较小、噪声要求较高的场合，如精密仪器、电动机等。

但是，
由于齿轮在高速运转时容易产生静电，所以干式润滑也容易引起火灾和爆
炸等安全隐患。

2.半干式润滑。

在半干式润滑方法中，齿轮的轴承轴承和齿轮轮齿上涂上一定量的润
滑剂，使其在运行时可以保持一定的润滑状态。

这种润滑方式适合于载荷
较大的中速齿轮传动，如输送机、压缩机等。

3.湿式润滑。

湿式润滑是指将润滑剂直接供给到齿轮之间的传动液道中，利用润滑
剂油膜，减少齿面的磨损和热度，通常润滑油或润滑脂都是常用的润滑剂。

湿式润滑具有润滑效果好、使用寿命长、环保等优点，适用于大型重载机
械和工业生产设备。

同时，也需要注意换油和维护等问题，以保证齿轮传
动的正常运行。

齿轮传动的润滑齿轮传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就要发生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率，特别是高速传动，就更需要考虑齿轮的润滑。

轮齿啮合面间加注润滑剂，可以避免金属直接接触，减少摩擦损失，还可以散热及防锈蚀。

因此，对齿轮传动进行适当的润滑，可以大为改善齿轮的工作状况，且保持运转正常及预期的寿命。

（一）齿轮传动的润滑方式开式及半开式齿轮传动，或速度较低的闭式齿轮传动，通常用人工周期性加油润滑，所用润滑剂为润滑油或润滑脂。

通用的闭式齿轮传动，其润滑方法根据齿轮的圆周大小而定。

当齿轮的圆周速度v<12m/s时，常将大齿轮的轮齿进入油池中进行浸油润滑（下左图）。

这样，齿轮在传动时，就把润滑油带到啮合的齿面上，同时也将油甩到箱壁上，借以散热。

齿轮浸入油中的深度可视齿轮的圆周速度大小而定，对圆柱齿轮通常不宜超过一个齿高，但一般亦不应小于10mm；对圆锥齿轮应浸入全齿宽，至少应浸入齿宽的一半。

在多级齿轮传动中，可借带油轮将油带到未进入油池内的齿轮的齿面上（下右图）。

油池中的油量多少，取决于齿轮传递功率大小。

对单级传动，每传递1kW的功率，需油量约为0.35～0.7L 。

对于多级传动，需油量按级数成倍地增加。

当齿轮的圆周速度v>12m/s时，应采用喷油润滑(下图)，即由油泵或中心油站以一定的压力供油，借喷嘴将润滑油喷到轮齿的啮合面上。

当v≤25m/s时，喷嘴位于轮齿啮入边或啮出边均可；当v>25m/s时，喷嘴应位于轮齿啮出的一边，以便借润滑油及时冷却刚啮合过的轮齿，同时亦对轮齿进行润滑。

(二)润滑剂的选择齿轮传动常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。

所用的润滑油或润滑脂的牌号按表<齿轮传动常用的润滑剂>选取；润滑油的粘度按下表选取。

齿轮传动常用的润滑剂①名称牌号运动粘度υ/(mm/s)(40℃)应用全损耗系统用油（GB443-89）L-AN46L-AN68L-AN10041.4～50.661.2～74.890.0～110.0适用于对润滑油无特殊要求的锭子、轴承、齿轮和其它低负荷机械等部件的润滑工业齿轮油（SY1172-88）6810015022032061.2～74.890～110135～165198～242288～352适用于工业设备齿轮的润滑工业闭式齿轮油(GB/T5903-1995) 6810015022032046061.2～74.890～110135～165198～242288～352414～506适用于煤炭、水泥和冶金等工业部门的大型闭式齿轮传动装置的润滑普通开式齿轮油68 100℃。

齿轮是汽车、摩托车、工程机械等机械制造行业重要的根底传动元件，在工业开展的历史长河中发挥了十分重要的作用。

他与皮带、摩擦、液压等机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、平安可靠等特点，因此它已成为许多机械产品中不可缺少的传动部件。

齿轮的润滑成为齿轮传动中的重要问题，润滑不仅可以减少摩擦、减轻磨损、还可以起到冷却、防锈、降低噪声、改善齿轮的工作状况，延长齿轮的使用寿命等作用。

所以，齿轮的润滑技术一直是各国学术界和企业界关注和研究的热点所在。

工业齿轮润滑油种类的选择见下表。

工业齿轮润滑油种类的选择条件推荐使用的工业齿轮润滑油齿面接触应力(N/mm )齿轮状况使用工况低载荷v 350 —般齿轮传动抗氧防锈工业齿轮油350〜5001 调质处理、啮合精度等于8级I 每级齿数比i v 8l 最大滑动速度与分度圆圆周速度之比vg/v vI 变位系数x仁x2—般齿轮传动抗氧防锈工业齿轮油变位系数x1 v或〉x2有冲击的齿轮传动中载荷工业齿轮油中载荷500〜7501 调质处理、啮合精度等于或高于8级I Vg/v > 矿井提升机、露天采掘机、水泥磨、化工机械、水利电力机械、冶金矿产机械、船舶海港机械等的齿轮传动中载荷工业齿轮油750~1100渗碳淬火，外表淬火和热处理硬度58-62HRC重载荷> 1100冶金轧钢、井下采掘、高温有冲击、含水部位的齿轮传动等重载荷工业齿轮油一、闭式齿轮传动润滑的特点和作用1. 齿轮润滑的特点1) 与滑动轴承相比，多数齿轮的齿廓曲率半径小，一般为几十毫米，因此形成油楔的条件差。

2) 齿轮的轮面接触应力非常高，一些重载机械如水泥磨机、起重机、卷扬机和轧钢机减速器齿轮齿面接触应力可达400〜1000MPa。

3) 齿面间既有滚动又有滑动，而且滑动的方向和速度变化急剧。

4) 润滑是连续性的，每次啮合都需重新形成油膜，形成油膜的条件较差。

2. 齿轮传动的润滑方式闭式齿轮传动的润滑方式有浸油润滑和喷油润滑两种，一般根据齿轮的圆周速度确定采用那种方式。

齿轮传动的设计准则引言齿轮传动是一种常见的机械传动形式，其优点包括高效、承载能力大和传动精度高等。

在进行齿轮传动的设计过程中，需要遵循一系列的设计准则，以确保传动系统的可靠性和性能。

1. 齿轮的几何参数设计齿轮传动的几何参数设计是齿轮传动设计中最基本的一步。

它包括确定齿轮的模数、压力角、齿轮的齿数等几个重要参数。

几何参数的设计应考虑以下准则：1.1 强度要求齿轮的几何参数应满足一定的强度要求，以保证传动系统在工作过程中不会发生弹性变形或破坏。

强度要求可以通过计算齿轮的模数和面宽来确定。

1.2 齿轮的传动比齿轮的传动比是指输入轴和输出轴的转速之比。

在确定齿轮的齿数时，应根据所需的传动比来选择合适的齿数组合。

通常情况下，齿轮的齿数要求是整数或接近整数的。

1.3 齿轮的圆整度和制造公差齿轮的圆整度和制造公差对齿轮传动的性能有重要影响。

合理选择齿轮的圆整度和制造公差可以减小齿轮传动的啮合噪声和寿命损失。

2. 齿轮传动的强度计算齿轮传动的强度计算是齿轮传动设计中的关键一步，它用于评估齿轮传动系统的抗弯强度、承载能力和传动效率等。

齿轮传动的强度计算应考虑以下准则：2.1 抗弯强度和寿命齿轮的抗弯强度和寿命是齿轮传动设计中最为关键的指标。

计算齿轮的抗弯强度和寿命时，需要考虑齿轮的材料、几何参数和工作条件等因素。

2.2 接触疲劳强度和寿命齿轮传动在工作过程中会受到周期性的载荷作用，因此接触疲劳强度和寿命也是考虑的重要因素之一。

计算齿轮的接触疲劳强度和寿命时，需要考虑齿轮的材料、几何参数和工作条件等因素。

2.3 轴向载荷和接触应力在齿轮传动设计中，还需要考虑齿轮的轴向载荷和接触应力。

轴向载荷和接触应力的计算可以通过应力分析和有限元分析等方法进行。

3. 齿轮传动的结构设计齿轮传动的结构设计是指确定齿轮传动系统的齿轮布局、轴承选型和传动装置的设计等。

齿轮传动的结构设计应考虑以下准则：3.1 齿轮的布局和轴距齿轮的布局和轴距对齿轮传动的性能有重要影响。

机械传动系统的齿轮设计与优化机械传动是现代工业和交通运输的重要组成部分，而齿轮作为机械传动系统的核心部件，对传动效率和稳定性起着重要作用。

本文将探讨机械传动系统中齿轮的设计与优化。

一、齿轮的基本原理与分类齿轮作为机械传动系统中最常见的元件之一，用于改变速度和方向。

其基本原理是通过相互啮合的齿与齿间传递动力和运动。

根据齿轮的传动方式，我们可以将其分为直齿轮、斜齿轮、锥齿轮和蜗杆等类型。

不同类型的齿轮适用于不同的传动需求，其设计和优化也有所差异。

二、齿轮设计的基本要素齿轮设计的基本要素包括齿数、齿轮模数、齿轮压力角和齿良等。

齿数决定了齿轮的传动比，齿轮模数则决定了齿轮的尺寸大小。

齿轮压力角用于描述啮合齿轮齿面的压力分布情况，齿良则影响了齿轮的传动效率和噪音。

在齿轮设计中，需要根据传动需求和系统参数进行合理选择和精确计算，以确保齿轮的稳定性和可靠性。

三、齿轮设计的优化方法齿轮设计的优化方法可以通过以下几个方面来实现。

1.齿轮材料的选择：齿轮的材料选择直接影响其强度和寿命。

根据传动功率、工作温度和工作条件等因素，合理选择齿轮的材料，确保其满足传动要求。

2.齿轮几何参数的优化：通过采用合理的齿数和齿轮模数等几何参数，可以提高齿轮的传动效率和承载能力。

同时，通过优化齿轮齿面的弧形和接触特性，可以降低齿面接触压力和噪音。

3.齿轮配合的优化：在齿轮设计中，合理的齿间游隙和啮合的配合间隙对于齿轮传动的顺畅度和精度起着重要作用。

通过优化配合间隙可以减小齿轮啮合时的摩擦和磨损，提高传动效率和传动稳定性。

4.齿轮润滑和冷却的优化：在齿轮传动系统中，润滑和冷却是保证齿轮正常运行的重要因素。

合理选择润滑剂和冷却方式，并确保其能够在运行过程中及时有效地起到降温和润滑的作用，有助于增强齿轮的使用寿命。

总结起来，机械传动系统的齿轮设计与优化对于系统的性能和稳定性至关重要。

通过合理选择材料、优化几何参数、调整配合间隙和改善润滑冷却等措施，可以提高齿轮的传动效率、减小噪音和摩擦损失，从而提升机械传动系统的整体性能。

齿轮传动的润滑方法齿轮传动是一种广泛应用于机械驱动系统中的结构。

它具有良好的传动效率、低噪声和小尺寸等优点，但传动的润滑状况决定了其操作的可靠性和使用寿命。

合理的润滑方法是齿轮传动可靠性和高效性的保证。

一、齿轮润滑材料润滑材料可以根据温度、压力、载荷、摩擦系数、效率等要求进行选择。

一般来说，油脂润滑是最常用的，而油脂也可以根据不同的润滑对象区分新鲜油脂、防锈油脂和合成油脂。

新鲜油脂，也称普通润滑油。

它具有质量良好、成本低、润滑性能优异等优点，广泛应用于供压力较小的齿轮传动中。

防锈油脂，也称磷化油脂或脂肪族油脂。

它具有防止锈蚀、耐疲劳、耐高温和耐水等特性，适用于抗静电、防潮湿和介质有污染的条件。

合成油脂，又称改性润滑油，它的性能比脂肪族油脂更好，可以把机械效率提高、减少能耗和维护成本，用于一些气候恶劣、动作较快或载荷较大的齿轮传动系统中。

二、齿轮润滑的要素齿轮传动的润滑不仅要考虑润滑材料，还要考虑润滑要素。

（1）润滑温度。

润滑油的温度过低会影响油膜的形成；过高则极易引起油膜和油层的泡沫化，影响润滑性能。

（2）润滑压力。

润滑压力过低会影响油膜的形成，导致摩擦片的磨损耗能加剧或接触面脱落。

（3）润滑速度。

润滑速度过低会影响润滑效果，过高则会加速齿轮磨损。

因此，润滑速度和轴承转速之间应有一定的比例关系。

（4）润滑间隙。

润滑间隙过大或过小都会影响润滑效果。

一般来说，润滑间隙应根据油膜厚度来调整，一般情况下，油膜厚度约为1μm，具体尺寸参数以实际情况为准。

（5）润滑油量。

润滑油的量也很重要，它的数量不应过少、也不应过多，以免影响润滑效果。

三、齿轮润滑的方法（1）润滑面涂油。

润滑面涂油既可以用手刷的方法涂油，也可以用喷油的方法涂油。

涂油时应注意均匀、充分，以保证齿轮传动的正常润滑。

（2）自循环润滑。

自循环润滑是通过油源、油口、润滑手段（柱塞泵、螺杆泵、单向阀等）和油管系统实现齿轮传动连续润滑的方法。

（3）密封润滑。

齿轮传动装置的润滑和密封设计实验报告实验目的：随着铁路运输的高速化和重载化，交流传动机车的应用越来越多，国外先进国家在20世纪80年代就对交流传动机车进行研制并投入运用。

国内南车集团某机车厂研制的首台大功率交流传动机车采用了很多新技术、新设计，其中传动齿轮箱的润滑密封就采用了有别于目前国内大部分机车齿轮箱润滑密封的新技术、新设计。

实验过程：目前国内大部分机车牵引电机采用直流电机，轴承润滑采用脂润滑。

机车采用了交流牵引电机，由于高转速、重负荷等原因，润滑脂已经不能满足轴承润滑的要求，必须进行油润滑，因此齿轮箱油除保证齿轮的正常润滑外还必须保证电机轴承的润滑。

在列车以120km/h 运行时，从动齿轮齿顶圆处的线速度为26.8m/s。

在此速度下，齿轮箱中的润滑油被充分搅起，同时由于传动能量的损失引起润滑油温度的升高，箱体内部充满了润滑油的气、液混合物，使齿轮同时得到了飞溅润滑。

在箱体内部设计出简单而有效的集油、导油结构。

箱壁上的润滑油经集油槽与导油槽进入牵引电机接油斗，从而将油输送进电机进行轴承润滑。

为保证牵引电机的齿轮和轴承充分有效的润滑，保障机车的行车安全，同时满足机车绿色环保的要求，必须设计出可靠的密封结构。

机车传动齿轮箱的密封接口见密封接口1、2是安装固定面，无相对运动，是静密封，直接采用简单可靠的0型密封圈密封。

密封接口3处存在着从动齿轮与箱体的相对运动，是动密封。

较早的国外机车以及国内大部分机车此处的密封多采用的迷宫密封与接触（毛毡）密封共存的密封结构。

对于速度较低的机车，用此结构能够在一定时间内有较好的密封效果，但随着毛毡的磨损，以及间隙迷宫的粗犷，齿轮箱内润滑油会逐渐向外泄漏并且量越来越大，严重影响到牵引齿轮的寿命、传动的可靠性和行车安全，造成铁路沿线的环境污染，因此齿轮箱需及时更换毛毡，如此反复，给检修带来了不便。

机车在以120km/h的速度运行时，传动齿轮箱密封接口3处的线速度为10.4m/s，在此线速度下，毛毡很快被磨损，密封结构对于交流传动机车传动齿轮箱难以达到理想的密封效果。

齿轮传动的润滑和冷却1. 引言齿轮传动是一种常见的机械传动方式，广泛应用于各行各业。

在齿轮传动过程中，润滑和冷却是非常重要的因素，对传动效率和寿命的影响不可忽视。

本文将重点介绍齿轮传动的润滑和冷却机制，以及常用的润滑和冷却方法。

2. 齿轮润滑齿轮传动中的润滑主要目的是减少运动件的磨损和摩擦，提高传动效率。

常见的齿轮润滑方式有以下几种：2.1. 润滑油润滑油是最常见的齿轮润滑介质。

润滑油根据其黏度可以分为不同级别，根据工作条件和要求选用合适的润滑油是必要的。

润滑油可以形成润滑膜，降低齿轮表面的摩擦和磨损，从而提高传动效率和使用寿命。

2.2. 固体润滑剂固体润滑剂常用于高温或特殊工况下的齿轮润滑。

常见的固体润滑剂有石墨、二硫化钼等。

固体润滑剂可以填充齿轮间隙，减少金属表面的直接接触，有效降低摩擦系数和磨损。

2.3. 润滑脂润滑脂是一种黏稠的润滑介质，常用于密封和低速运动的齿轮传动。

润滑脂具有较高的黏附性和抗冲击性，可以在运动过程中形成一层持久的润滑膜，保持齿轮的良好润滑状态。

3. 齿轮冷却齿轮传动的高速运动过程中会产生大量的摩擦热量，如果不能及时散热，会导致齿轮温度过高，影响传动效率和寿命。

因此，齿轮传动中的冷却是非常重要的。

3.1. 冷却油冷却油是常用的齿轮冷却介质。

通过循环泵将冷却油引入齿轮箱内部，通过传热和对流散热的方式将热量带走。

冷却油要保持清洁和良好的循环，以确保散热效果。

3.2. 水冷却在某些高速高温情况下，常用水冷却方式来散热。

通过将冷却水引入齿轮传动部分，利用水的高传热能力，将齿轮的热量带走。

水冷却具有高效快速的特点，但需要注意防止水腐蚀和泄漏等问题。

3.3. 风冷却风冷却是将齿轮传动部分暴露在气流中，通过气流的对流散热来降低温度。

风冷却适用于一些小型齿轮传动或受限空间中的冷却需求。

4. 结论齿轮传动的润滑和冷却对于传动效率和寿命有着重要的影响。

合理选择润滑方式和冷却方法，可以有效地减少齿轮的磨损和摩擦，延长使用寿命。

齿轮传动润滑的特点和作用一、齿轮润滑的特点1）与滑动轴承相比较，渐开线齿轮的诱导曲率半径小，因此形成油楔条件差。

2）齿轮的接触应力非常高，一些重载机械（如轧钢机、水泥磨机、卷扬机、起重机）的减速器齿轮接触应力可达500～1400MPa。

3）齿轮传动中同时存在着滚动和滑动，滑动量和滚动量的大小因啮合位置而异，因此齿轮的润滑状态会随时间的改变而改变。

4）齿轮润滑是断续性的，每次啮合都需要重新建立油膜，条件较轴承相差很远。

5）齿轮的材料性质，尤其是齿面表面形貌、表面粗糙度和硬度等对齿轮的润滑状态有很大影响。

6）齿轮圆周速度范围大，一般为0.1～200m/s，转速可从低于1r/min 到20000r/min 以上。

齿轮的圆周速度和转速对齿轮的润滑方式有较大影响。

二、齿轮润滑剂的作用齿轮润滑剂的作用有以下几方面：1）降低摩擦。

两齿面被润滑剂隔开，避免了金属与金属间的直接接触，使干摩擦变为了流体摩擦；或者由于在齿面上形成物理、化学吸附膜或化学反应膜，降低了摩擦，避免了齿轮点蚀和胶合的发生。

2）减少磨损。

可减少齿面磨损及划伤。

3）散热。

润滑油可以带走热量，起冷却作用。

4）降低齿轮的振动、冲击和噪声。

5）排除齿面上的污物。

6）润滑剂可改善抗胶合性，防止齿面胶合及点蚀。

对齿轮润滑剂所要求的特性在前面文章中已讨论过，此处只着重讨论齿轮油的配伍性。

所谓配伍性是指齿轮油的基础油与不同品种、含量的添加剂掺和时的最佳组合，此种组合的复合效果最好，不产生相互间的对抗作用。

配伍性好的齿轮油可发挥各种添加剂的复合相加作用，而不会在使用中产生过量胶泥和沉淀。

齿轮传动的润滑剂选用齿轮传动是机械设备中最主要的一种传动方式，应用极广。

现代设备朝着高载荷的方向发展，对齿轮的承载能力和使用条件提出了更为苛刻的要求。

要想充分发挥齿轮的承载能力，减少齿轮失效，延长其使用寿命，提高传动效率，润滑则是非常重要的环节，而油品的选择更是关键。

（1）齿轮润滑的特点齿轮传动的啮合摩擦过程相对于滑动与滚动轴承来说，均有显著的不同，因而对润滑的要求也有其特殊性。

1）齿轮在啮合过程中，啮合面（摩擦面）既有滚动又有滑动，且都承受主要载荷，不像滚动轴承那样，主要是滚动承载，滑动轴承则全是滑动承载。

2）齿轮副在不同的齿高点、不同的齿面曲线，其滚、滑动情况是不同的，因而形成动压润滑的难易程度也不同，且摩擦面的当量曲率半径小，油楔条件较差，而齿面间的滑动方向与滑速在啮合过程中急剧变化，极易引起磨损、擦伤和胶合。

3）齿面接触压力（赫兹力）非常高，可达1000~3000MPa，比一般滑动轴承高10-100倍，所以单靠提高油的粘度等已经不能解决问题。

4）齿面的加工精度一般不高，且润滑又是不稳定的、间歇性的，每次啮合都需要重新建立承压油膜，这些均较易引起磨损、擦伤和咬合。

5）不同齿轮类型与齿面曲线，其形成动压油膜的难易程度也不同，因而要求的润滑油品也就有区别。

渐开线直齿圆柱与圆锥齿形成油膜；渐开线斜齿的圆柱与圆锥齿轮的滑动方向也接近于垂直，且沿齿宽方向还有速度较大的滚动，故也较易形成油膜；圆弧齿轮是斜齿，啮合的瞬间接触弧较小，特别是接触点的滑动方向与接触方向一致，故不利于形成油膜，但沿轴向有高速滚动，且接触点的当量曲率半径较大，可以提高润滑效果，这一利一弊的结果是其对润滑油品的性能要求要高于渐开线齿轮，并要更加注意和充分考虑其抗磨能力；双曲线齿轮的滑动比较严重，既有沿齿高方向的滑动，也有沿齿宽方向的滑动，尤其是后者对油膜的形成非常不利，另外，其接触压力较大，故润滑条件要求较苛刻，要选用具有高抗磨性能的油品才能满足；蜗杆蜗轮传动基本上是没动接触，尤其蜗杆圆周速度方向即滑速方向，几乎与接触线平行，故形成油膜的条件最差，因而对油品的抗磨要求较高，但圆弧面蜗杆蜗轮齿面的接触线与蜗杆圆周速度方向的夹角很大，甚至垂直，且齿面的整个高度都相接触，因而就较易形成油膜。

№.6 陕西科技大学学报 Dec.2009・84・ J OU RNAL OF SHAANXI UN IV ERSIT Y OF SCIENCE &TECHNOLO GY Vol.27　文章编号:1000-5811(2009)06-0084-03齿轮传动最小油膜厚度分析及改善润滑的措施王宁侠1,蒋新萍2(1.陕西科技大学机电工程学院,陕西西安　710021;2.常州轻工职业技术学院机械工程系,江苏常州　213164)摘　要:根据弹性流体动力润滑理论,通过对齿轮传动中形成动压油膜的参数分析,得出齿面最小油膜厚度发生在小齿轮齿根与大齿轮齿顶开始啮合点的位置,认为应以此处的润滑状态作为齿面润滑状态的判断依据,同时给出了一些改善齿轮传动润滑状态的措施.关键词:弹性流体动力润滑;起始啮合点;油膜厚度中图分类号:T H132.41 文献标识码:A图1　弹性流体润滑时的油膜厚度及压力分布0　引言齿轮传动除节点外各啮合点处均有相对滑动,因此齿面的润滑是必不可少的,而齿面的润滑状态与齿面的失效形式密切相关.根据弹性流体润滑理论,点、线接触的运动副其表面的润滑油膜厚度与材料的弹性变形、流体动压和粘压关系、两接触表面的平均速度、所受载荷大小等有关,微接触区内油膜厚度及油压的变化如图1所示,其最小油膜厚度的计算公式,即道森2希金森方程如下[1]:h min =2.65α0.54(η0v )0.7R 0.43E ′-0.03W -0.13(1)图2　齿轮啮合的几何参数式中:α为润滑油的粘压系数;η0为大气压下的粘度;v 为两接触表面沿相对运动方向的平均速度;R 为接触点的综合曲率半径,R =R 1R 2/(R 1+R 2);W 为单位接触宽度上的载荷;E ′为当量弹性模量,1E ′=12(1-ν21E 1+1-ν22E 2),E 1、E 2、ν1、ν2分别为两接触体材料的弹性模量和泊松比.如图2所示的渐开线直齿圆柱齿轮传动中,两齿廓接触于任一点K ,接触点K 处两齿廓的曲率半径分别为R 1、R 2,此时可看成是半径分别为R 1、R 2的两圆柱体相接触,根据(1)式可分析该点处的最小油膜厚度.齿轮的啮合传动过程是很复杂的,轮齿在传动中不断地进入啮合、脱离、啮合,接触线在齿面上的位置不断变化,接触处的几何形状(曲率半径)和运动速度随接触位置的变化而变化.啮合区内各点的最小油膜厚度是变化的,那么最小油膜厚度的最小值发生在什么位置?判断齿面润滑状态时应以哪一点的最小油膜厚度为依据?以下通过分析确定最小油膜厚度发生的位置.3收稿日期:2009209226作者简介:王宁侠(1963-),女,陕西省扶风县人,教授,研究方向:机械制造与设计第6期王宁侠等:齿轮传动最小油膜厚度分析及改善润滑的措施1　齿轮传动最小油膜厚度计算分析在齿轮传动中,齿轮和润滑油确定后,当量弹性模量E ′、α和η0可作为常数加以考虑,故令常数[2]C =2.65α0.54η0.70E ′-0.13(2) 则(1)式简化为:h min =C ・v 0.7・R 0.43・W -0.13(3) 由(3)式可以看出:最小油膜厚度h min 随速度v 及综合曲率半径R 的增加而增加,随单位接触线长度上载荷W 的增大而减小.一对齿的啮合过程中,啮合点位置是变化的,啮合点的v 、R 也随之变化,由于重合度的影响,也使W 在啮合过程中随啮合位置而发生变化.因此,在啮合区内各点的油膜厚度是变化的,需分析最小油膜厚度发生的位置.1.1　综合曲率半径分析由图2可知,一对齿廓从B 2点进入啮合,从B 1点脱离啮合,P 点为节点,N 1N 2为理论啮合线,设其长度为L .若齿廓任一瞬时相切接触于K 点处,大、小齿轮齿廓在K 点的曲率半径分别为R 2、R 1,则有:R 1+R 2=L(4) 任一点接触的综合曲率半径为:R =R 1R 2R 1+R 2=R 1-R 21L (5) 将R 对R 1分别求一次导数、二次导数,分析得知,当R 1=L /2时R 取极大值,记为R max =L /4;当R 1<L /2时,R 随R 1的增大而增大;当R 1>L /2时,R 随R 1的增大而减小.设两轮齿数比Z 2/Z 1=i ,则节点P 啮合时有:R 2P =iR 1P ,R 1P =L 1+i ,R P =iL (1+i )2(6) 当i >1时,R 1P <L/2,则R P <R max ,B 2点为起始啮合点,又有R 1B 2<R 1P ,故R B 2<R P ,B 2点的综合曲率半径R B 2为最小.1.2　齿面卷吸速度设两齿轮角速度分别为ω1、ω2,则齿廓任一点接触时对润滑油的卷吸速度为[3]:v =12(v 1+v 2)=12(ω1R 1+ω2R 2)=ω12i[L +(i -1)R 1](7)齿面动压油膜的厚度随卷吸速度的增加而增大,而速度又是L 、i 、ω1、R 1的函数,将(7)式分别对各变量求导得:9v 9R 1=ω12i(i -1)9v 9i =-ω12i 2(L -R 1)9v 9L =ω12i9v 9ω1=12i[L +(i -1)R 1](8)分析(8)式,由于一般传动i >1,且有L >R 1,所以可以看出v 随R 1、L 、ω1的增大而单调增大,随i 的增大而单调减小.在齿轮传动中,一般L 、ω1,i 均为定值,故v 仅随R 1而变化,在起始啮合点B 2处R 1B 2最小,故卷吸速度v B 2最小.1.3最小油膜厚度分析根据以上分析,起始啮合点B 2处的综合曲率半径R B 2和卷吸速度v B 2皆为啮合过程中的最小值,现在考虑载荷W 的影响.在齿轮传动中,一般有1<εα<2,因此,B 2点处于双齿啮合区,考虑到动压油膜传递载荷的作用,B 2处作用的载荷W B 2将小于节点P 处的载荷W P .但是,由于载荷对油膜厚度的影响很小(指数为-0.13),因此,即使按W B 2=W P /2进行计算,所得到的最小油膜厚度h min B 2的值也仅比按W B 2=W P・58・陕西科技大学学报第27卷所得到的结果h min B 2′稍大一点(h min B 2=1.0943h min B 2′).显然,这种影响和R 、v 对最小油膜厚度的影响相比是很微小的,其综合影响的结果仍然是小齿轮齿根与大齿轮齿顶开始啮合点的油膜厚度最小.以一对m =4mm ,i =4,Z 1=25的标准直齿圆柱齿轮传动为例进行计算,节点处载荷按W 计算,B 点处载荷按W /2计算,可得到h min B 2=0.6817h min P .综上所述,可以得到以下结论:(1)一对直齿轮传动中,小齿轮齿根与大齿轮齿顶开始啮合点B 2处的最小油膜厚度最小,故应以此点的油膜厚度作为整个齿轮传动是否出现弹性流体动压润滑的判据;(2)B 2点处的最小油膜厚度取决于小齿轮上该点的曲率半径R 1B 2、理论啮合线的长度L 、传动比i 小齿轮转动角速度ω1.当R 1B 2、L 、ω1愈大,i 愈小,则h min B 2愈大;当L 、ω1、i 为定值时,减小齿轮模数或做成短齿皆有利于增大R 1B 2,从而有利于增大油膜厚度.2　齿面润滑状态分析对于不能形成完全动压润滑的摩擦表面,通常用膜厚比来判断润滑状态,齿轮传动一般用节点P 处的膜厚比λP 来确定:λP ≈h min PR 2a 1+R 2a 2(9) 式中R a 1,R a 2分别为两齿轮齿面的粗糙度;h min P 为节点的最小油膜厚度.一般认为当λP <1时为边界润滑状态;当λP >3时为流体润滑状态;而当1≤λP ≤3时为混合润滑状态.3　结束语由于齿轮传动各啮合点中,以小齿轮齿根与大齿轮齿顶啮合处的最小油膜厚度为最薄,因此应以此处的润滑状态来衡量整个传动的润滑状态.而为了改善此处的润滑状态,可采取以下措施:(1)在保证弯曲强度的条件下,尽量取较小的模数;(2)采用短齿直齿轮传动;(3)提高齿面加工质量,降低粗糙度值,特别注意提高小齿轮齿根和大齿轮齿顶的光洁度;(4)采用变位齿轮正传动,以较大的小齿轮变位系数有效增大起始啮合点的曲率半径,从而达到增大最小油膜厚度,改善润滑的目的.参考文献[1]张鹏顺,陆思聪.弹性流体动力润滑及其应用[M ].北京:高等教育出版社,1995.[2]孙　桓.机械原理[M ].北京:高等教育出版社,2000.[3]王宁侠.机械设计[M ].西安:西安电子科技大学出版社,2008.LOWEST OIL FILM THICKNESS ANALYSIS OF AEAR D RIVE &IMPROVE IUBRICATION MEASUREWAN G Ning 2xia 1,J IAN G Xin 2ping 2(1.School of Mechanical and Electrical Engineering ,Shaanxi University of Science &Technology ,Xi ′an 710021,China ;2.Department of Mechanical Engineering ,Changzhou Institute of Light Industry Technology ,Changzhou 213164,China )Abstract :By elasto 2hydrodynamic lubrication t heory ,t he location of lowest oil film t hickness is obtained at parameter analysis of dynamic p ressure oil film.The place of lowest oil film t hickness is determined at t he contact point of pinion dedendum wit h gear top ,t hat t he lubri 2cant should be here to judge t he state as a basis for lubrication ,and t he measure is advanced for imp roving lubricating condition of gear drive.K ey w ords :elasto 2hydrodynamic lubrication ;original mesh point ;oil film t hickness ・68・。

闭式软齿面齿轮传动是工程机械领域中常见的一种传动形式，它具有传动效率高、承载能力强等优点，因此被广泛应用于各种机械装置中。

然而，在实际使用过程中，闭式软齿面齿轮传动也会出现各种失效形式，影响其正常运行。

为了更好地设计闭式软齿面齿轮传动，减少失效现象的发生，需要遵循一定的设计准则。

一、闭式软齿面齿轮传动的失效形式1. 疲劳断裂：闭式软齿面齿轮传动在长期使用过程中，由于载荷变化或振动引起的疲劳断裂是其常见的失效形式之一。

这种失效形式会导致齿轮齿面出现龟裂、断裂等现象，严重影响传动效率和寿命。

2. 歪斜磨损：在齿轮传动工作时，由于载荷分布不均匀或润滑不良等原因，齿轮齿面容易出现歪斜磨损。

这种磨损会导致齿轮齿面形貌失真，影响传动的平稳性和精度。

3. 弯曲变形：闭式软齿面齿轮传动在大载荷下工作时，齿轮齿面容易发生弯曲变形，导致齿轮传动的正常运行受到影响。

4. 齿面点蚀：在潮湿环境或润滑不良的情况下，闭式软齿面齿轮传动容易发生齿面点蚀现象，导致齿轮表面出现齿痕、磨损等问题。

二、闭式软齿面齿轮传动的设计准则1. 合理布局：在闭式软齿面齿轮传动的设计中，应当合理布局传动装置的结构，减少传动元件之间的干涉和碰撞，提高传动系统的可靠性和稳定性。

2. 选用优质材料：闭式软齿面齿轮传动的制造材料应选择高强度、耐磨损的优质材料，以保证传动元件的使用寿命。

3. 合理设计齿轮参数：在闭式软齿面齿轮传动的设计过程中，应根据实际工况和负载状况，合理设计齿轮的参数，如齿轮模数、齿数、齿宽等，以提高传动效率和承载能力。

4. 提高润滑条件：在闭式软齿面齿轮传动中，应采用良好的润滑方式，保持齿轮传动的润滑状态良好，减少齿面磨损和点蚀现象的发生。

5. 加强传动系统的监测和维护：在使用闭式软齿面齿轮传动的设备中，应加强对传动系统的监测和维护，及时发现和处理传动元件的异常，延长传动系统的使用寿命。

通过遵循上述的设计准则，可以有效减少闭式软齿面齿轮传动的失效现象，提高传动系统的可靠性和稳定性，延长设备的使用寿命，降低维护成本，对于工程机械领域的闭式软齿面齿轮传动设计和制造具有重要的指导意义。

第十一节齿轮传动的润滑一、齿轮传动润滑的目的齿轮传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就会产生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率。

对齿轮传动进行润滑，就是为了避免金属直接接触，减少摩擦磨损，同时还可以起到散热和防锈蚀的目的。

二、齿轮传动的润滑方式开式及半开式齿轮传动或速度较低的闭式齿轮传动，通常采用人工周期性加油润滑。

通用的闭式齿轮传动，常采用浸油润滑和喷油润滑。

当齿轮的圆周速度v<12m/s时，常将大齿轮的轮齿进入油池中进行浸油润滑。

齿轮浸入油中的深度可视齿轮的圆周速度大小而定，对圆柱齿轮通常不宜超过一个齿高，但一般亦不应小于10mm；对圆锥齿轮应浸入全齿宽，至少应浸入齿宽的一半。

在多级齿轮传动中，可借带油轮将油带到未进入油池内的齿轮的齿面上。

当齿轮的圆周速度v>12m/s时，应采用喷油润滑，即由油泵或中心油站以一定的压力供油，借喷嘴将润滑油喷到轮齿的啮合面上。

当v≤25m/s，喷嘴位于轮齿啮入边或啮出边均可；当v>25m/s时，喷嘴应位于轮齿啮出的一边，以便借润滑油及时冷却刚啮合过的轮齿，同时亦对轮齿进行润滑。

润滑剂的选择：齿轮传动常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。

选用时，应根据齿轮的工作情况（转速高低、载荷大小、环境温度等），选择润滑剂的粘度、牌号。

作业1．常见的齿轮失效有哪些形式？2. 齿轮强度设计准则是根据什么确定的？有哪些准则？3. 通常软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的?4. 在进行齿轮强度计算时，为什么要引入载荷系数K?载荷系数K由哪几部分组成?5. 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上? 为什么?6. P233 题10-57：P234 题10-68：两级斜齿圆柱齿轮减速器，其布置方式如图，问：1）低速级斜齿轮的螺旋方向如何选才能使中间轴Ⅱ上两齿轮所受的轴向力方向相反？（在图上画出）2）低速级小齿轮β2应取多大值，才能使中间轴Ⅱ上轴向力相互抵消？9：P233 题10-110：图示为直齿锥齿轮一斜齿圆柱齿轮减速器，齿轮1主动，转向如图示。