【正文】 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 第 3章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 167。 31 概 述 167。 31 齒輪傳動(dòng)概述 優(yōu)點(diǎn)： ◆ 傳動(dòng)效率高 ◆ 工作可靠、壽命長(zhǎng) ◆ 傳動(dòng)比準(zhǔn)確 ◆ 結(jié)構(gòu)緊湊 ◆ 功率和速度適用范圍很廣 缺點(diǎn)： ◆ 制造成本高 ◆ 精度低時(shí)振動(dòng)和噪聲較大 ◆ 不宜用于軸間距離較大的傳動(dòng) 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 167。 31 齒輪傳動(dòng)概述 學(xué)習(xí)本章的目的 本章學(xué)習(xí)的根本目的是掌握齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，也就是要能夠根據(jù)齒輪工作條件的要求，能設(shè)計(jì)出傳動(dòng)可靠的齒輪 設(shè)計(jì)齒輪 ——設(shè)計(jì)確定齒輪的主要參數(shù)以及結(jié)構(gòu)形式 主要參數(shù)有：模數(shù) m、齒數(shù) z、螺旋角 β以及齒寬 b、中心距 a、直徑（分度圓、齒頂圓、齒根圓）、變位系數(shù)、力的大小 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 — 根據(jù)裝置形式： 開式齒輪 閉式齒輪 半開式齒輪 齒輪完全外露，潤(rùn)滑條件差，易磨損，用于低速簡(jiǎn)易設(shè)備的傳動(dòng)中 齒輪完全封閉，潤(rùn)滑條件好 有簡(jiǎn)單的防護(hù)罩 — 外形及軸線： 齒輪類型： 167。 31 齒輪傳動(dòng)概述 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 — 根據(jù)齒面硬度 (hardness)： 硬度：金屬抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力 硬齒面 齒面硬度 ≤ 350HBS 或 ≤ 38HRC 齒面硬度 ＞ 350HBS 或 ＞ 38HRC 軟齒面 硬度越高，耐磨性越好 硬度檢測(cè)方法： 布氏硬度法（ HBS） 洛氏硬度法（ HRC） 167。 31 齒輪傳動(dòng)概述 PDdPh120 o《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 輪齒折斷 (Tooth breakage) ◆ 疲勞折斷 ◆ 過載折斷 一、齒輪傳動(dòng)的失效形式 167。 32 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 167。 32 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 齒根受彎曲應(yīng)力 初始疲勞裂紋 裂紋不斷擴(kuò)展 輪齒折斷 短時(shí)過載或嚴(yán)重沖擊 靜強(qiáng)度不夠 疲勞折斷是 閉式硬齒面 的主要失效形式！ 全齒折斷 — 齒寬較小的齒輪 局部折斷 — 斜齒輪或齒寬較大的直齒輪 措施：增大模數(shù)（主要方法）、增大齒根過渡圓角半徑、增加剛度（使載荷分布均勻）、采用合適的熱處理（增加芯部的韌性）、提高齒面精度、正變位等 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 疲勞點(diǎn)蝕 (Fatigue pitting) 產(chǎn)生機(jī)理： 齒面受交變的接觸應(yīng)力 產(chǎn)生初始疲勞裂紋 潤(rùn)滑油進(jìn)入裂紋并產(chǎn)生擠壓 表層金屬剝落 注意： ◆ 凹坑先出現(xiàn)在節(jié)線附近的齒根表面上，再向其它部位擴(kuò)展 麻點(diǎn)狀凹坑 ◆ 其形成與潤(rùn)滑油的存在密切相關(guān) ◆ 常發(fā)生于閉式軟齒面 (HBS≤350)傳動(dòng)中 ◆ 開式傳動(dòng)中一般不會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象 （磨損較快） 措施： 提高齒面硬度和質(zhì)量、增大直徑（主要方法）等 167。 32 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 齒面膠合 產(chǎn)生機(jī)理： 高速重載 齒面金屬直接接觸并粘接 齒面相對(duì)滑動(dòng) 摩擦熱使油膜破裂 低速重載 不易形成油膜 現(xiàn)象： 齒面上相對(duì)滑動(dòng)方向形成傷痕 措施： 采用異種金屬、降低齒高、提高齒面硬度 較軟齒面金屬沿滑動(dòng)方向被撕落 熱膠合 表面膜被刺破而粘著 冷膠合 （配對(duì)齒輪采用異種金屬時(shí)，其抗膠合能力比同種金屬?gòu)?qiáng)） 167。 32 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 齒面磨損 是開式傳動(dòng)的主要失效形式 齒面塑性變形 措施：提高齒面硬度，采用油性好的潤(rùn)滑油 措施：改善潤(rùn)滑和密封條件 磨損后 齒廓形狀破壞，齒厚減薄 機(jī)理： 現(xiàn)象： 主動(dòng)輪在節(jié)線附近形成凹溝；從動(dòng)輪則形成凸棱 若齒面材料較軟 齒面金屬會(huì)沿摩擦力的方向流動(dòng) 且載荷及摩擦力很大 167。 32 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 二、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 (design criteria) 主要失效：疲勞點(diǎn)蝕 閉式軟齒面 主要針對(duì) 輪齒疲勞折斷 和 齒面疲勞點(diǎn)蝕 這兩種失效形式 齒輪工作時(shí)，要保證足夠的 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 和 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 先按 sH≤sHP算出齒輪主要尺寸， 再校核 sF≤sFP 按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 校核彎曲疲勞強(qiáng)度 主要失效：輪齒折斷 閉式硬齒面 按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 校核接觸疲勞強(qiáng)度 先按 sF≤sFP算出齒輪的主要尺寸， 再校核 sH≤sHP 主要是：齒面磨損 其次是：輪齒折斷 開式齒輪 按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，不需校核接觸疲勞強(qiáng)度 把模數(shù)增大 10%左右考慮磨損的影響 167。 32 齒輪傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 167。 33 齒輪材料、熱處理及精度 167。 33 齒輪材料、熱處理及精度 一、對(duì)齒輪材料性能的要求 齒輪的齒體應(yīng)有較高的抗折斷能力，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求： 齒面硬、芯部韌 二、常用齒輪材料 鋼材韌性好，耐沖擊，可通過熱處理和化學(xué)處理來(lái)改善其機(jī)械性能，最適于用來(lái)制造齒輪 金屬材料 45鋼 中碳合金鋼 鑄鋼 低碳合金鋼 最常用，經(jīng)濟(jì)、貨源充足 鑄鐵 35SiMn、 40MnB、 40Cr等 20Cr、 20CrMnTi等 ZG310570、 ZG340640等 HT350、 QT6003等 非金屬材料 塑料、夾布膠木等 鍛鋼 如何選材？ 考慮工作條件、載荷性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性、制造方法等 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 二、熱處理 (heat treatment) 調(diào) 質(zhì) 正 火 表面淬火 滲碳淬火 表面氮化 軟齒面 硬齒面 167。 33 齒輪材料、熱處理及精度 用于中碳或中碳合金鋼，如 4 40Cr、 35SiMn等。因?yàn)橛捕炔桓?，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合 能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理 用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 4 40Cr等。表面淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達(dá) 52~56HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷 滲碳鋼為含碳量 % ~%的低碳鋼和低碳合金鋼，如 20Cr等。齒面硬度達(dá) 56~62HRC，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動(dòng)。通常滲碳淬火后要磨齒 一種化學(xué)處理方法。滲氮后齒面硬度可達(dá) 60~62HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場(chǎng)合，如內(nèi)齒輪。材料為： 38CrMoAlA. 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 167。 33 齒輪材料、熱處理及精度 特點(diǎn)及應(yīng)用： 表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合 調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低， HBS ≤ 350，屬軟齒面，工藝簡(jiǎn)單、用于一般傳動(dòng) 注意：當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，因小輪齒根薄，彎曲強(qiáng)度低，故 在選材和熱處理時(shí)，小輪比大輪硬度高 : 30~50HBS 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 三、齒輪傳動(dòng)的精度 (accuracy) 第 Ⅰ 公差組 － 反映 運(yùn)動(dòng)精度，即運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性 第 Ⅱ 公差組 － 反映 工作平穩(wěn)性精度 第 Ⅲ 公差組 － 反映 接觸精度，載荷分布的均勻性 GB1009588將齒輪精度分為三個(gè)公差組： 每個(gè)公差組有 13個(gè)等級(jí)， 0級(jí)最高， 12級(jí)最低 精度標(biāo)注示例： 常用 6～ 9級(jí)，且三個(gè)公差組可取不同等級(jí) 8－ 8－ 7－ FL Ⅰ Ⅱ Ⅲ 齒厚上偏差代號(hào) 齒厚下偏差代號(hào) 若 3項(xiàng)精度相同，則記為： 8－ FL Ⅱ 精度等級(jí)按表 35查取 167。 33 齒輪材料、熱處理及精度 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 齒輪副的側(cè)隙： 167。 33 齒輪材料、熱處理及精度 齒厚上偏差 齒厚下偏差 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 一、受力分析 167。 34 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 Fn1 Fn2 Fn1 Ft1 Fr1 在節(jié)點(diǎn) C處進(jìn)行分解 設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝，力集中作用在齒寬中點(diǎn)，忽略摩擦力 c b a Fn1 Fr1 T1 P α Ft1 167。 34 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 《 機(jī)械設(shè)計(jì) 》 力的大小 1t112TFd?將主動(dòng)輪的 Fn在節(jié)點(diǎn) C處進(jìn)行分解： 圓周力： 徑向力： r 1 t 1 t a n FF ??法向力： t1n c o sFF??扭 矩： 6 1119 .