第六章 齿轮传动 第一节 齿轮传动的失效形式与设计准则 一、齿轮传动的失效形式

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1 第六章 齿轮传动 第一节 齿轮传动的失效形式与设计准则 一、齿轮传动的失效形式 齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接参与工作的部分，所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。

2 一、失效形式 1、轮齿折断 2、齿面疲劳点蚀

3 4、齿面胶合 3、齿面磨损 5、齿面塑性变形

4 二、设计准则 　　目前对磨损还没有较成熟的计算方法，对抗胶合能力也有很多因素的 测试较困难，计算方法也比较繁杂。目前工程实际应用计算方法是： 　　按齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算。 　　按传动工作条件分：闭式齿轮传动 　　　　　　　　　　　开式齿轮传动 　　按齿面硬度分：软齿面（硬度≤350HBS） 　　　　　　　　　　　硬齿面（硬度＞350HBS） 　　对闭式齿轮传动：软齿面时，主要的失效形式为齿面点蚀，通常按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 　　硬齿面时，齿面通常按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。 　　对开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损，如上述尚无成熟的设计计算方法。故只能按齿根弯曲疲劳强度计算m，再根据情况将算出的加大10%～20%的办法来考虑磨损的影响。

5 第二节 齿轮常用材料及热处理 一、常用的齿轮材料 1、钢 （1）锻钢 软齿面齿轮（HBS≤350） 硬齿面齿轮（HBS>350）
第二节 齿轮常用材料及热处理 一、常用的齿轮材料 1、钢 （1）锻钢 软齿面齿轮（HBS≤350） 硬齿面齿轮（HBS>350） （2）铸钢 2、铸铁 3、非金属材料 二、齿轮材料的选择原则 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

6 第三节 齿轮传动精度简介 一、精度等级 渐开线圆柱齿轮有12个精度等级，第1级最高，12级最低
一般常用7～8级。高速、分度要求高时选用6级，低速要求不高的可用9级。 二、齿轮每个精度等级划分为三个公差组。第Ⅰ公差组影响运动准确性、第Ⅱ组公差组影响传动平稳性，第Ⅲ组公差组影响载荷分布均匀性。 三、齿侧间隙 标准中规定渐开线齿轮齿侧偏差有14种。每一种都相应的公差可查有关手册。齿侧主要考虑轮齿的变形和膨胀，同时为了便于润滑。

7 第四节 标准直圆柱齿轮传动的强度计算 一、轮齿的受力分析
第四节 标准直圆柱齿轮传动的强度计算 一、轮齿的受力分析 图6-6所示为齿轮啮合传动时主动齿轮的受力情况，不考虑摩擦力时，轮齿所受总作用力Fn将沿着啮合线方向，Fn称为法向力。Fn在分度圆上可分解为切于分度圆的切向力Ft和沿半径方向并指向轮心的径向力Fr 。

8 二、根弯曲疲劳强度计算 齿根处的弯曲强度最弱。计算时设全部载荷由一对齿承担，且载荷作用于齿顶，将轮齿看作悬臂梁，其危险截面可用30o切线法确定，即作与轮齿对称中心线成30o夹角并与齿根过渡曲线相切的两条直线，连接两切点的截面即为齿根的危险截面。

9 三、齿面接触疲劳强度计算 四、齿轮传动强度计算说明： 接触疲劳强度的校核公式 接触疲劳强度的设计公式
1、弯曲强度校核，要求 ，按照弯曲强度设计大小齿轮 其它参数均相同只有 不同，应将 和 中较大者代入计算。 2、接触强度计算公式中， ，

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12 五、齿轮传动的设计参数 1.主要参数的选择 (1)齿数z。对于软齿面的闭式传动，在满足弯曲疲劳强度的条件下，宜采用较多齿数，一般取z1=20~40。因为当中心距确定后，齿数多，则重合度大，可提高传动的平稳性。对于硬齿面的闭式传动，首先应具有足够大的模数以保证齿根弯曲强度，为减小传动尺寸，宜取较少齿数，但要避免发生根切，一般取z1=17~20。 (2)模数m。模数影响轮齿的抗弯强度，一般在满足轮齿弯曲疲劳强度条件下，宜取较小模数，以增大齿数，减少切齿量。 (3)齿宽系数Ψd。齿宽系数是大齿轮齿宽b和小齿轮分度圆直径d1之比，增大齿宽系数，可减小齿轮传动装置的径向尺寸，降低齿轮的圆周速度。但是齿宽越大，载荷分布越不均匀。为便于装配和调整，常将小齿轮齿宽加大5~10mm，但设计计算时按大齿轮齿宽计算。

13 第五节 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 一、轮齿的受力分析

14 圆周力Ft—主反从同 径向力Fr—指向各自的轮心 轴向力Fa—主动轮的左右手螺旋定则 根据主动轮轮齿的齿向（左旋或右旋）伸左手或右手，四指沿着主动轮的转向握住轴线，大拇指所指即为主动轮所受的Fa1的方向，Fa2与Fa1方向相反。 力的大小 ： 圆周力 轴向力 径向力

15 二、齿根弯曲疲劳强度 = ≤ ≥ 三、齿面接触疲劳强度计算 σH = ≤ 按过节点处法面内当量直齿圆柱齿轮（齿形与斜齿轮法面齿形）进行计算
模数为法面模数mn，齿数为当量齿数ZV = ≤ ≥ 三、齿面接触疲劳强度计算 按过节点的法平面内当量直齿圆柱齿轮进行计算 σH = ≤ d1 ≥

16 第六节 标准圆锥齿轮传动的强度计算 一、轮齿的受力分析 Ft——主反从同 Fr——指向各自的轴线 力的方向： Fa——指向大端 力的大小：

17 二、齿面接触疲劳强度计算 按平均当量齿轮来计算 ≤ d1 ≥

18 三、齿根弯曲疲劳强度计算 按齿宽中点背锥展开的当量直齿圆柱齿轮进行弯曲强度计算 ≤ m ≥

19 第七节 齿轮的结构设计 1、齿轮轴 e<2mt（<1.6m—锥齿）

20 2、实心齿轮 e>2m，da≤160mm

21 3、腹板式齿轮 da<500mm

22 4、轮辐式齿轮 400mm<da<1000mm

23 5、组合式齿轮 轮毂与齿圈采用不同材料

24 第八节 齿轮传动的润滑 齿轮啮合传动时，相啮合的齿面间既有相对滑动，又承受较高的压力，会产生摩擦和磨损，造成发热、影响齿轮的使用寿命。因此，必须考虑齿轮的润滑，特别是高速齿轮的润滑更应给予足够的重视。良好的润滑可提高效率，减少磨损，还可以起散热及防锈蚀等作用。 一、润滑方式 1、V<12m/s——浸油润滑 2、V>12m/s——喷油润滑

25 二、润滑油的选择