广东工业大学机械设计第十一章齿轮传动

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1、本章重点：齿轮传动的失效形式、受力分析及强度计算11-1轮齿的失效形式及计算准则11-2齿轮的材料及热处理11-3齿轮传动的精度11-4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷11-5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算11-6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算11-7圆柱齿轮设计参数选择11-8斜齿圆柱齿轮传动11-9直齿圆锥齿轮传动11-10齿轮的构造11-11齿轮传动的润滑和效率第十一章齿轮传动按工作条件按载荷情况闭式传动└硬齿面HBS＞350开式传动低速轻载:V≤1～3m/S;Fn≤5～10KN中速中载:3m/S＜V＜10m/S;10KN≤

2、Fn＜50KN高速重载:V≥10m/S;Fn≥50KN┌软齿面HBS≤3501齿轮传动的特点效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定分类半开式传动装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入2齿轮传动的分类齿轮的失效发生在轮齿，其它部分很少失效。失效形式轮齿折断齿面损伤齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）齿面胶合齿面磨粒磨损齿面塑性流动§11-1轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式┌疲劳折断└过载折断全齿折断(齿根)(直齿)局部折断(斜齿受载不均)1轮齿折断→过载折断后果：传动失效原因：疲劳折断①轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。齿根弯曲

3、应力最大σF＞[σF]②齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展→折断σt齿双侧受载(1主动)σt齿单侧受载123受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。位置：均始于齿根受拉应力一侧。直齿轮齿宽b较小时，载荷易均布——整体折断齿宽b较大时，易偏载斜齿轮：接触线倾斜——载荷集中在齿一端——局部折断闭式硬齿面、脆性材料齿轮传动的主要破坏形式常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。原因：σH＞[σH]脉动循环应力1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹；4）润滑油进入裂缝

4、，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。（油粘度越小，裂纹扩展越快）2）节线处常为单齿啮合，接触应力大；3）节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。2齿面点蚀点蚀实例齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑，传动不平稳接触面↓，承载能力↓传动失效软齿面齿轮：收敛性点蚀，相当于跑合；跑合后，若σH仍大于[σH]，则成为扩展性点蚀。硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。——扩展性点蚀开式传动：无点蚀（∵v磨损>v点蚀）结果：闭式软齿面齿轮传动的主要破坏形式。原因：高速重载——v↑,Δt↑,油η↓,油膜破坏,表面

5、金属直接接触，融焊→相对运动—→撕裂、沟痕。低速重载——P↑、v↓，不易形成油膜—→冷胶合。后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废。改善措施：1）采用抗胶合性能好的齿轮材料对。2）采用极压润滑油。3）减小表面粗糙度，提高齿面硬度。4）材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。现象：齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。3齿面胶合高速重载、低速重载闭式传动的主要破坏形式。常发生于开式齿轮传动。原因：相对滑动+硬颗粒(灰尘、金属屑末等)。后果：正确齿形被破坏、传动不平稳,齿厚减薄、抗弯能力↓→折断改善措施：闭式：1）提高齿面硬度，选用耐

6、磨材料;2）减小表面粗糙度值;3）↓滑动系数;4）润滑油的清洁;开式：5）加防尘罩。现象：金属表面材料不断减小4齿面磨损开式齿轮传动易发生磨粒磨损。齿面较软时，重载下，Ff↑——材料塑性流动（流动方向沿Ff）该失效主要出现在低速重载、频繁启动和过载场合。5齿面塑性变形主动轮从动轮失效形式—→相应的计算准则1、闭式齿轮传动主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合软齿面：主要是点蚀、其次是折断，按σH设计，按σF校核硬齿面：与软齿面相反高速重载还要进行抗胶合计算二、齿轮传动常用计算准则2、开式齿轮传动主要失效为：轮齿折断、磨粒磨损按σF设计，增大m考虑磨

7、损3、短期过载传动过载折断齿面塑变静强度计算防齿面点蚀→防轮齿折断→齿面接触疲劳强度计算→求分度圆d齿根弯曲疲劳强度计算→求模数ｍ常用的计算准则硬齿面(折断):按齿面接触强度设计(先求d)→按弯曲强度校核按弯曲强度设计(先求m)→按齿面接触强度校核按弯曲强度设计(求m)→考虑磨损将模数加大10%-15%软齿面(点蚀):开式传动:(磨损)闭式传动1齿面要硬,齿芯要韧2易于加工及热处理一、齿轮材料的基本要求二、常用的齿轮材料三、常用热处理§11-2齿轮材料及热处理表11-1，多用锻件或轧制钢材注意：选用软齿面（HBS≤350）（一般传动）：小齿轮

8、硬度应比大齿轮硬度高20-50HBS选用硬齿面：HRC1≥HRC2表面淬火、渗碳淬火、渗氮(硬齿面)调质、正火(软齿面)┌Ⅰ组:传递运动的准确性：相啮合齿轮在一转范