齿轮精度等级的选择

轮齿的失效形式

作者：佚名 文章来源：网络转载 点击数： 129 更新时间：2006-7-18

正常情况下，齿轮的失效都集中在轮齿部位。其主要失效形式有：

● 轮齿折断

整体折断，一般发生在齿根，这是因为轮齿相当于一个悬臂梁，受力后其齿根部位弯曲应力最大，并

受应力集中影响。局部折断，主要由载荷集中造成，通常发生于轮齿的一端（图18-1a）。在齿轮制造安

装不良或轴的变形过大时，载荷集中于轮齿的一端，容易引起轮齿的局部折断。

图18-1 轮齿的失效形式

a）局部折断b）齿面点蚀c）齿面胶合d）磨粒磨损e）塑性变形

齿轮经长期使用，在载荷多次重复作用下引起的轮齿折断，称疲劳折断；由于短时超过额定载荷（包

括一次作用的尖峰载荷）而引起的轮齿折断，称过载折断。二者损伤机理不同，断口形态各异，设计计算

方法也不尽相同。

一般地说，为防止轮齿折断，齿轮必须具有足够大的模数。其次，增大齿根过渡圆角半径、降低表面

粗糙度值、进行齿面强化处理、减轻轮齿加工过程中的损伤，均有利于提高轮齿抗疲劳折断的能力。而尽

可能消除载荷分布不均现象，则有利于避免轮齿的局部折断。

为避免轮齿折断，通常应对齿轮轮齿进行抗弯曲疲劳强度的计算。必要时，还应进行抗弯曲静强度验

算。

● 齿面点蚀

轮齿工作时，其工作齿面上的接触应力是随时间而变化的脉动循环应力。齿面长时间在这种循环接触

应力作用下，可能会出现微小的金属剥落而形成一些浅坑（麻点），这种现象称为齿面点蚀（图18-1b）。

齿面点蚀通常发生在润滑良好的闭式齿轮传动中。实践证明，点蚀的部位多发生在轮齿节线附近靠齿根的

一侧。这主要是由于该处通常只有一对轮齿啮合，接触应力较高的缘故。

提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，采用粘度较高的润滑油以及进行合理的变位等，都能提高齿面抗

疲劳点蚀的能力。其中最有效的方法就是提高其齿面硬度。 为了避免出现齿面点蚀，对于闭式齿轮传动，通常需要进行齿面接触疲劳强度计算。

● 齿面胶合

齿面胶合是相啮合轮齿的表面，在一定压力下直接接触发生粘着，并随着齿轮的相对运动，发生齿面

金属撕脱或转移的一种粘着磨损现象（图18-1c）。一般说，胶合总是在重载条件下发生。按其形成的条

件，又可分为热胶合和冷胶合。

热胶合发生于高速、重载的齿轮传动中。由于重载和较大的相对滑动速度，在轮齿间引起局部瞬时高

温，导致油膜破裂，从而使两接触齿面金属间产生局部“焊合”而形成胶合。冷胶合则发生于低速、重载

的齿轮传动中。它是由于齿面接触压力过大，直接导致油膜压溃而产生的胶合。

采用极压型润滑油、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度值、合理选择齿轮参数并进行变位等，均有利于

提高齿轮的抗胶合能力。

为了防止胶合，对于高速、重载的齿轮传动，可进行抗胶合承载能力的计算。

● 齿面磨粒磨损

当铁屑、粉尘等微粒进入齿轮的啮合部位时，将引起齿面的磨粒磨损（图18-1d）。闭式齿轮传动，

只要经常注意润滑油的更换和清洁，一般不会发生磨粒磨损。开式齿轮传动，由于齿轮外露，其主要失效

形式为磨粒磨损。磨粒磨损不仅导致轮齿失去正确的齿形，还会由于齿厚不断减薄而最终引起断齿。

与闭式齿轮传动不同，一般认为，开式齿轮传动不会出现齿面点蚀现象。这是因为磨损速度比较快，

齿面还来不及达到点蚀的程度，其表层材料就已经被磨掉的缘故。

● 齿面塑性变形

重载时，在摩擦力的作用下，齿轮可能产生齿面塑性变形（也称齿面塑性流动），从而使轮齿原有的

正确齿形遭受破坏。如图18-1e所示，在主、从动齿轮上由于齿面摩擦力方向不同，其齿面变形的表现形

式也不同。对于主动齿轮，在节线附近形成凹槽；对于从动齿轮，在节线附近形成凸脊。

齿轮精度等级的选择

作者：佚名 文章来源：网络转载 点击数： 758 更新时间：2006-7-18

在渐开线圆柱齿轮和锥齿轮精度标准（GB/T 10095.1—2001和GB/T 10095.2—2001）中，分别对圆柱齿

轮和锥齿轮规定有12个精度等级，按精度的高低依次为：1、2、…、12。并根据对运动准确性、传动平稳

性和载荷分布均匀性的要求不同，将每个精度等级的各项公差依次分成三个组，即第Ⅰ公差组、第Ⅱ公差

组和第Ⅲ公差组。此外，还规定了齿坯公差、齿轮副侧隙和图样标注等各项内容。

齿轮精度等级应根据传动的用途、使用条件、传动功率和圆周速度等确定。表18-2给出了各种精度等

级齿轮的使用和加工方法等，供选择精度等级时参考。常用5～9级精度齿轮允许的最大圆周速度见表18-

3。 表18-2 齿轮精度等级、使用和加工情况

精 度 等 级

使 用 和 加 工

情 况

2 、3

（特高精度）

检验用的齿轮，高速齿轮及在重载下要求特别安全可靠的齿轮。需用特殊的工艺方法制造

4 、5

（高 精 度）

用于高精度传动链及某些危险场合下工作的齿轮，如汽轮机齿轮，航空齿轮等。需要磨齿加工

6 、7

（较高精度）

用于中等速度的齿轮和要求安全可靠工作的车辆齿轮。一般需要采用磨齿或剃齿工艺，也可用高精度的

滚齿加工

8 、9

（中等精度）

用于一般设备中速度不高的齿轮。通常用滚齿或插齿加工

10 ~12

（低 精 度）

低速传动用不重要的齿轮。其中12级齿轮可不经切削加工而由铸造成形方法得到

表18-3 动力传动齿轮的最大圆周速度 （单位：m∕s）

第Ⅱ公差组

精度等级

圆 柱 齿 轮 传 动

锥 齿 轮 传 动 直 齿

斜 齿

直 齿

曲 线 齿

5级及其以上

6级

7级

8级

9级

≥15

＜15

＜10

＜6

＜2

≥30

＜30

＜15

＜10

＜4

≥12

＜12

＜8

＜4

＜1．5 ≥20

＜20

＜10

＜7

＜3

注：锥齿轮传动的圆周速度按平均直径计算。

⑴闭式传动 闭式传动的主要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。当采用软齿面（齿面硬度≤350HBS）时，其齿面接触疲劳强度相对较低。因此，一般应首先按齿面接触疲劳强度条件，计算齿轮的

分度圆直径及其主要几何参数（如中心距、齿宽等），然后再对其轮齿的抗弯曲疲劳强度进行校核。当采用

硬齿面（齿面硬度＞350HBS）时，则一般应首先按齿轮的抗弯曲疲劳强度条件，确定齿轮的模数及其主要

几何参数，然后再校核其齿面接触疲劳强度。 ⑵开式传动 开式传动的主要失效形式为齿面磨粒磨

损和轮齿的弯曲疲劳折断。由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对其进行抗弯曲疲劳

强度计算，并采用适当加大模数的方法来考虑磨粒磨损的影响。 本手册中的圆柱齿轮精度摘自（GB10095—88），现将有关规定和定义简要说明如下：

(1) 精度等级

齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，第1级的精度最高，第12级的精度最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取成相同，也允许取成不相同。

齿轮的各项公差和极限偏差分成三个组

齿轮各项公差和极限偏差的分组

公差组 公差与极限偏差项目 误差特性 对传动性能的主要影响

Ⅰ Fi′、FP、FPk

Fi″、Fr、Fw 以齿轮一转为周期的误差 传递运动的准确性

Ⅱ fi′、fi″、ff

±fPt、±fPb、ffβ 在齿轮一周内，多次周

期地重复出现的误差 传动的平稳性，噪声，振动 Ⅲ Fβ、Fb、±FPx 齿向线的误差 载荷分布的均匀性

根据使用的要求不同，允许各公差组选用不同的精度等级，但在同一公差组内，各项公差与

极限偏差应保持相同的精度等级。

齿轮传动精度等级的选用

按机器类型选择 按速度、加工、工作条件选择

机 器 类 型 精度等级

机 器 类 型 精度等级

测量齿轮 3～5 一般用途减速器 6～8

透平机用减速器 3～6 载重汽车 6～9

金属切削机床 3～8 拖拉机及轧钢机的小齿轮 6～10

航空发动机 4～7 起重机械 7～10

轻便汽车 5～8 矿山用卷扬机 8～10

内燃机车和电气机车 5～8 农业机械 8～11

轮类零件的结构设计

作者：佚名 文章来源：网络转载 点击数： 165 更新时间：2006-7-24

轮类零件的类型很多，本节主要介绍齿轮、蜗轮、带轮等轮类传动件的结构设计。 1．轮类零件的结构

轮类零件大多为盘状结构，基本由轮缘、腹板（或轮辐）和轮毂三部分组成，如图26-1所示。通常轮缘位

于外部，是实现特定传动功能的部位；轮毂是与轴实现连接的部分；腹板或轮辐介于轮缘和轮毂之间，起

连接轮缘和轮毂的作用。

a) 腹板式结构 b) 轮辐式结构 c) 实心式结构图

图26-1 轮类零件的结构 2.轮类零件结构设计的基本要求和通用尺寸

轮类零件结构设计的主要任务是完成轮缘、腹板（轮辐）及轮毂的结构型式及尺寸的确定。这部分结构尺

寸通常是根据各种零件通用尺寸设计规范中推荐的经验公式确定，这也是结构设计的常用方法。在进行轮

类零件结构设计时， 应注意以下基本要求： 1) 轮缘的设计

轮类零件靠轮缘的工作部分与其它传动件的接触传递运动和动力，为保证其工作部分具有良好的工作性能，

轮缘在整体上应有一定的强度和刚度。对于有腹板（轮辐）的轮类零件，结构设计中主要是确定轮缘的厚

度。

2) 腹板（轮辐）的设计

中等直径的轮类零件常采用锻造毛坯，做成腹板式结构（图26-1a）。腹板的型式有多种，随零件的类型、

尺寸和毛坯的制造工艺等因素而不同。设计中应考虑节省材料、减轻重量、简化制造工艺。在高速条件下

工作的零件，还应注意腹板结构对振动和噪声的影响。一般结构设计中主要是确定腹板的厚度。

轮缘和腹板多为整体式结构。但有时为节约贵重金属，也可将轮缘和腹板用不同材料分别制造加工，然后

将二者连接装配成一体。这种结构称为组合式结构，常见于尺寸较大的蜗轮、齿轮等零件。具体连接方法

见表26-1中组合式蜗轮。

直径较大的轮类零件，受锻造设备的限制常选用铸造毛坯，并做成轮辐式结构（图26-1b）。结构设计时

应合理确定轮辐的个数及其横截面形状和尺寸，重要场合应通过强度计算确定，具体方法可参考有关设计

资料。

小直径轮类零件常不设腹板或轮辐，而采用轮缘与轮毂直接相连的实心式结构（图26-1c）。

3) 轮毂的设计

轮类零件通过轮毂与轴的连接传递运动和载荷，轮毂的形状、尺寸 和位置将直接影响其承载能力和零件整

体与轴的定位精度。

（1）轮毂在轴向应有适当的宽度

（2）轮毂在径向应有一定的厚度

（3）轮毂、轮缘和腹板应有合理的相对位置

（4）注意轮毂端面设计

以上四点都有一些具体注意事项。

注意事项

适当的宽度 轮毂在轴向应有适当的宽度。轮毂通过毂孔表面与轴的配合实现零件的径向定位，为保证

足够的定位精度和承载能力，轮毂的宽度不能过小。圆柱齿轮轮毂的宽度不应小于齿宽。对于锥齿轮、蜗

轮等轴向力较大的零件，轮毂宽度宜取大些。轮毂宽度一般根据轴的直径确定。 一定的厚度 轮

毂在径向应有一定的厚度。轮毂与轴常用键和过盈连接，为保证连接强度和载荷传递能力，轮毂需要足够

的厚度。通常可根据轴的直径确定轮毂的厚度。

实心结构的齿轮采用键连接时，毂孔上的键槽对轮毂的强度有所削弱，故轮毂的剩余厚度e应满足一

定要求（见表26-1中实心式齿轮）。e值不满足要求时，应将齿轮与轴做成一体。但一体式结构的齿轮加

工不便，而且齿轮一旦失效，将与轴同时报废。因此e值满足要求时，齿轮与轴应设计成分体式结构。