【正文】 1 第十章 齒輪傳動 167。 102 齒輪傳動的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 167。 103 齒輪材料及選用原則 167。 106 齒輪傳動的設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇 167。 104 齒輪傳動的計(jì)算載荷 167。 105 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算 167。 108 標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算 167。 109 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 167。 1010 齒輪傳動的潤滑 167。 101 概述 167。 107 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算 內(nèi)容提要 2 一、作用： 不僅用來傳遞運(yùn)動、而且還要傳遞動力。 二、要求： 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、足夠的承載能力。 三分類 開式傳動 167。 101 概述 半開式傳動 閉式傳動 按類型分 按裝置型式分 按使用情況分 軟齒面齒輪（齒面硬度 ≤350HBS） 直齒圓柱齒輪傳動 斜齒圓柱齒輪傳 動 錐齒輪傳動 人字齒輪傳動 動力齒輪 傳動齒輪 按齒面硬度分 硬齒面齒輪（齒面硬度＞ 350HBS） 3 四、齒輪傳動的特點(diǎn)： ▲ 傳動效率高 η可達(dá) 99％； ▲ 結(jié)構(gòu)緊湊 。 ▲ 工作可靠，壽命長； ▲ 傳動比穩(wěn)定 。 ▲ 制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴。傳動距離不宜過大。 本章學(xué)習(xí)的根本目的是掌握齒輪傳動的設(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以及壓力角 a 。 4 167。 102 齒輪傳動的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 輪齒折斷 一、輪齒的失效形式 失效形式 閉式 硬齒面、 脆性 材料 齒輪傳動的主要破壞形式 5 原因： ? 疲勞折斷 ① 輪齒受多次重復(fù)彎曲應(yīng)力作用，齒根一側(cè)產(chǎn)生疲勞裂紋。 齒根彎曲應(yīng)力最大 σF＞ [σF] ② 齒根應(yīng)力集中 (形狀突變、刀痕等 )，加速裂紋擴(kuò)展 → 折斷 σ t 齒雙側(cè)受載 (1主動 ) σ t 齒單側(cè)受載 1 2 3 發(fā)生部位 :齒根 6 ? 過載折斷 后果：傳動失效 受 沖擊載荷 或短時(shí) 過載 作用，突然折斷，尤其見于脆性材料（淬火鋼、鑄鋼）齒輪。 7 現(xiàn)象：①局部折斷 ② 整體折斷 8 直齒輪 齒寬 b較小時(shí)，載荷易均布 ——整體折斷 齒寬 b較大時(shí)，易偏載 斜齒輪：接觸線傾斜 —載荷集中在齒一端 —局部折斷 提高輪齒抗折斷能力的措施： 1）增大齒根過渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應(yīng)力集中； 2）增大軸及支承的剛性，使輪齒接觸線上受載較為均勻； 3）采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性； 4）采用噴丸、滾壓等工藝，對齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。 9 齒面點(diǎn)蝕 輪齒折斷 失效形式 一、輪齒的失效形式 齒面點(diǎn)蝕閉式 軟齒面 齒輪傳動 的主要破壞形式。 發(fā)生部位： 一般首先出現(xiàn)在 靠近節(jié)線的齒根面上。 10 原因： σH＞ [σH] 脈動循環(huán) 應(yīng)力 1）齒面受多次 交變應(yīng)力 作用，產(chǎn)生接觸疲勞裂紋； 4）潤滑油進(jìn)入裂縫，形成封閉高壓油腔，楔擠作用使裂紋擴(kuò)展。 油粘度越小，裂紋擴(kuò)展越快 . 2）節(jié)線處常為單齒嚙合，接觸應(yīng)力大； 3）節(jié)線處為純滾動，靠近節(jié)線附近相對滑動速度小，油膜不易形成， 摩擦力大，易產(chǎn)生裂紋。 11 提高輪齒抗點(diǎn)蝕能力的措施： 1） 限制齒面接觸應(yīng)力； 2） 提高齒面硬度，減小齒面表面粗糙度值； 3） 采用粘度高的潤滑油。 12 齒面點(diǎn)蝕 齒面膠合 輪齒折斷 失效形式 一、輪齒的失效形式 高速重載、低速重載閉式 傳動 的主要破壞形式。 現(xiàn)象：齒面沿滑動方向粘焊、撕脫，形成溝痕。 13 原因： 高速重載 ——v↑,Δt ↑, 油 η↓, 油膜破壞 ,表面金屬直接接觸， 融焊 → 相對運(yùn)動 → 撕裂、溝痕。 熱膠合。 低速重載 ——P↑ 、 v ↓ ，不易形成油膜 → 冷膠合。 后果：引起強(qiáng)烈的磨損和發(fā)熱，傳動不平穩(wěn)，導(dǎo)致齒輪報(bào)廢。 措施： 14 齒面膠合 齒面磨損 措施： ，清潔環(huán)境 磨粒磨損 跑合磨損、磨粒磨損。 齒面點(diǎn)蝕 輪齒折斷 失效形式 一、輪齒的失效形式 開式齒輪傳動 易發(fā) 生磨粒磨損 。 15 從動齒 主動齒 從動齒主動齒 齒面膠合 齒面磨損 齒面點(diǎn)蝕 輪齒折斷 失效形式 塑性變形 一、輪齒的失效形式 表面凸出 表面凹 低速重載 軟齒面 閉式 傳動 的主要破壞形式。 主 動輪 1：齒面相對滑動速度方向 vs指向節(jié)線，所以 Ff背離節(jié)線，塑變后在齒面節(jié)線處產(chǎn)生凹槽。 滾壓塑變 16 措施： （高粘度） 錘擊塑變：伴有過大沖擊產(chǎn)生的塑變 17 折斷 : 疲勞折斷 → 過載折斷 全齒折斷 (齒根 )(直齒 ) 局部折斷 (斜齒受載不均 ) σH反復(fù) →裂紋 →擴(kuò)展 →麻點(diǎn)狀脫落 →靠近節(jié)線的齒根表面 齒面膠合 : 齒面磨粒磨損 : 磨粒磨損 →齒形破壞 齒面塑性變形 : 齒面沿摩擦力方向塑性變形 →主凹、從凸 齒面點(diǎn)蝕 : 齒面失效 *閉式傳動 → *開式傳動 → *閉式高速重載傳動 → 軟齒面 → 硬齒面 → 齒面點(diǎn)蝕 輪齒折斷 齒面磨粒磨損 齒面膠合 *低速重載軟齒面 → 齒面塑性變形 各種場合的主要失效形式 小結(jié)： 潤滑失效 →表面粘連 →沿運(yùn)動方向撕裂 18 二、齒輪的 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ▲ 保證足夠的齒根 彎曲 疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒根折斷。 ▲ 保證足夠的齒面 接觸 疲勞強(qiáng)度，以免發(fā)生齒面點(diǎn)蝕。 由工程實(shí)踐得知（ 常用的 計(jì)算方法 ）： ▲ 對高速重載齒輪傳動，除以上兩設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，還應(yīng) 按齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。 硬 齒面 (折斷 ): 以 齒面接觸 疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主 (先求d1) →再校核 齒根彎曲 疲勞強(qiáng)度 以 齒根彎曲 疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主 (先求m ) →再校核 齒面接觸 疲勞強(qiáng)度 按彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) (求 m ) → 考慮磨損將 m適當(dāng) 增大 軟 齒面 (點(diǎn)蝕 ): 開式傳動 : (磨損 ) 閉式 傳動 大功率齒輪傳動 →散熱計(jì)算 19 一、對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。 167。 103 齒輪材料及選用準(zhǔn)則 常用 齒輪材料 鍛鋼 鑄鋼 鑄鐵 常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料； 適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。 非金屬材料 二、常用齒輪材料 鋼材的韌性好，耐沖擊，通過熱處理和化學(xué)處理可改善材料的機(jī)械性能，最適于用來制造齒輪。 耐磨性及強(qiáng)度較好，常用于 大尺寸 齒輪。 含碳量為 (~)%的碳素鋼或合金鋼。一般用齒輪用碳素鋼，重要齒輪用合金鋼。 20 軟齒面齒輪加工工藝：鍛坯 ——加工毛坯 ——熱處理（正火、調(diào)質(zhì) HB160~300） ——切齒 精度 9級。 硬齒面齒輪加工工藝：鍛坯 ——加工毛坯 ——切齒 ——熱處理（表面淬火、 滲碳、氮化、氰化） ——磨齒（表面淬火、滲碳） . 若氮化、氰化：變形小，不磨齒 . 專用磨床，成本高，精度可達(dá) 6級 。 21 表 101 常用齒輪材料及其機(jī)械性能 材料牌號 熱處理方法 強(qiáng)度極限 屈服極限 硬度 (HBS) σB / MPa σS / MPa 齒芯部 齒面 HT250 250 170~241 HT300 300 187~255 HT350 350 197~269 QT5005 500 147~241 QT6002 600 229~302 ZG310570 ?；? 580 320 156~217 ZG340640 650 350 169~229 45 580 290 162~217 45 217~255 40~50HRC 40Cr 241~286 48~55HRC 調(diào)質(zhì)后表面淬火 22 續(xù)表 101 常用齒輪材料及其機(jī)械性能 材料牌號 熱處理方法 強(qiáng)度極限 屈服極限 硬度 (HBS) σB / MPa σS / MPa 齒芯部 齒面 ZG340~640 700 380 241~269 45 650 360 217~255 30CrMnSi 1100 900 310~360 35SiMn 750 450 217~269 38SiMnMo 700 550 217~269 40Cr 700 500 241~286 20Cr 650 400 300 20CrMnTi 1100 850 300 12Cr2Ni4