1、第九章 齿轮传动设计9-1对齿轮传动的基本要求：1、 传动准确平稳2、 承载能力强9-2失效形式：1、 齿轮折断： 当齿根弯曲应力过大 1突然过载、冲击载荷等易产生折断。 2措施：1、增大齿根过渡曲线半径2、降低表面粗糙度值，减轻加工损伤，采用表面强化处理3、增大轴及轴承的刚度，使接触表面受力均匀2、 齿面点蚀：在闭式传动中，若接触应力过大措施：1、提高齿面硬度和降低表面粗糙值2、在许用范围内采用大的变位系数和，以增大综合曲率半径3、采用粘度较高的润滑油4、减小动载荷3、 齿面磨粒磨损： 表面粗糙的硬齿与较软的轮齿想啮合时，由于相对滑动，软齿表面 1易 被划伤而产生齿面磨粒磨损；外界硬屑落入轮
2、齿间 2措施：1、提高齿面硬度2、降低表面粗糙度值3、降低滑动系数4、注意润滑油的清洁和定期更换等5、采用闭式传动6、对于开式传动，应特别注意清洁，减小磨粒侵入4、 齿面胶合：在高速、正在传动中，高温、高压使两接触面熔黏在一起而产生的。措施：1、采用角度变位齿轮传动2、减小模数和齿高以降低滑动速度3、采用极压润滑油4、选用抗胶合性能好的齿轮副材料5、材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差6、提高齿面硬度和降低表面粗糙度值等5、 齿面塑性变形：齿面较软的轮齿在重载情况下产生。措施：适当齿面硬度，采用粘度较大的润滑油9-3计算准则： 齿面接触疲劳强度计算，针对齿面点蚀齿根弯曲疲劳强度计算，针对齿根
3、弯曲疲劳折断1、 闭式硬齿面：按弯曲疲劳强度和接触疲劳强度设计2、 闭式软齿面：按接触疲劳强度设计，校核弯曲疲劳强度3、 开式齿轮：按弯曲疲劳强度设计（以下为课本阐述：）1、闭式传动齿轮主要失效：接触疲劳磨损、弯曲疲劳折断、胶合设计准则：接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算，对于高速大功率齿轮传动，还应进行抗胶合计算有点时过载时，还应进行静强度计算2、开式齿轮主要失效：疲劳弯曲折断、磨粒磨损 设计准则：按弯曲疲劳强度设计有点时过载时，还应进行静强度计算9-4齿轮折断一般起始于轮齿受拉一侧的齿根部分1、全齿折断：齿宽较小的直齿圆柱齿轮2、局部折断：齿宽较大的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和人字齿轮疲劳折断
4、：断口一般分为疲劳扩展区和瞬时折断区。疲劳扩展区的表面通常较光滑，常可观察到由疲劳源开始的“贝壳纹”状的疲劳扩展迹线。疲劳源及其附近区域，在外观上常呈“眼”状，但有的“眼”在宏观上不明显。瞬时折断区的表面粗糙，参差不齐。过载折断：其断口一般较粗糙，没有疲劳折断断口的典型特征。9-5点蚀原因：接触应力多次作用后，靠近界限的齿根面处表面层会出现若干微小的裂纹，润滑油被挤进裂纹中产生高压，使裂纹进一步扩展，在载荷作用下最终导致表层金属呈小片状脱落，在零件表面留下微小的凹坑。润滑油粘度越低，越易渗入裂纹，点蚀扩展越快。9-6点蚀一般发生于靠近界限附近的齿根一侧，原因：在靠近节线附近啮合时，由于相对滑动
5、速度低，难以形成油膜润滑，摩擦力较大，特别对于直齿轮传动，在节线附近只有一对齿啮合，轮齿受力最大，因此点蚀往往从节点处发生，然后向其他区域蔓延。9-7齿面磨损成因： 表面粗糙的硬齿与较软的轮齿想啮合时，由于相对滑动，软齿表面易被划伤而产 1生齿面磨粒磨损；外界硬屑落入轮齿间 2后果：磨损后，正确齿形遭到破坏，齿厚减薄，最后导致轮齿因强度不足而折断。措施：1、 提高齿面硬度2、 减低表面粗糙度值3、 减低滑动系数4、 注意润滑油的清洁和定期更换5、 采用闭式传动6、 对于开始传动，应特别注意环境清洁，减少磨粒侵入9-8塑性变形特征：主动轮齿面节线附近出现凹槽；从动轮齿面节线附近出现凸脊原因：齿面
6、较软的轮齿，重载时可能在摩擦力作用下产生齿面塑性流动，从而破坏正确的齿面啮合。由于在主动轮齿面的节线两侧，齿顶和齿根的摩擦力方向相背，形成凹槽；从动轮相反，出现凸脊措施：适当提高齿面硬度，采用粘度较大的润滑油9-9软齿面：齿坯加工外圆和端面调质或常化切齿成品速度、载荷不大的场合 硬齿面：齿坯加工外圆和端面调质或常化切齿表面强化热处理齿面精加工成品多用于高速重载，且要求重量轻、结构紧凑的场合发展趋势：以前传统的看法认为，硬齿面因工艺过程复杂，成本较高，价格较贵。随着制造水平的提高，硬齿面齿轮的制造成本大大减低，所以采用硬齿面齿轮是发展的趋势。9-10小齿轮的应力循环次数多，工作情况恶劣，齿面宜硬
7、些，这样可使两齿轮的齿面接触疲劳强度较为接近。9-11影响齿轮传动效率因素：1、 啮合中的摩擦损失2、 润滑油被搅动的油阻损失3、 轴承中的摩擦损失措施：9-131、在实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及齿轮的制造误差，会使法向载荷增大；2、在同时啮合的齿对间，载荷的分配并不是均匀的；3、即使在一对齿上，载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此实际载荷比名义载荷大，用载荷系数 K 计入其影响9-14弹性系数 ZE：用来反映弹性模量和泊松比对接触应力的影响9-15节点区域系数 ZH：用以考虑节点处齿廓曲率对接触应力的影响9-16齿形系数 YFa：只取决于轮齿的形状，而与模数大小无关。9-18
8、一对齿轮传动，其大小齿轮的接触应力相等，接触强度不等。当许用接触应力相等时，接触强度相等。补：齿面接触强度：指齿面承受接触应力、抵抗接触表面破坏的一种能力。齿面接触强度计算：主要是验证齿面实际的接触应力是否小于许用的接触应力，若小于就满足接触强度要求；若大于就可能引起齿面的破坏，如点蚀。齿面的接触应力：指实际工况下计算出来的、单位面积的接触力。接触许用应力：指根据不同的齿轮工况的应用经验，为保证不发生齿面接触破坏而机械行业规定的、单位面积的接触力，该应力值大于引起齿面破坏的极限接触应力。9-19一对齿轮传动，其大小齿轮的抗弯应力不等当抗弯强度相等，许用抗弯应力相等时，抗弯强度相等。9-20软齿
9、面闭式传动：传动尺寸主要取决于解除疲劳强度，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度要求的前提下，齿数宜取多些（模数相应减小）硬齿面闭式传动：传动尺寸取决于轮齿弯曲疲劳强度，故齿数不宜过多开式传动：尺寸取决于轮齿弯曲疲劳强度，齿数不宜多9-21若保持齿轮传动中心距不变，齿数多，必然造成模数小。接触应力取决于直径（或中心距） 。因此，只要中心距不变，模数和齿数的改变不影响接触应力的大小；在保持齿宽一定的前提下，弯曲强度只与模数有关，故选择模数主要考虑的是保持足够的弯曲强度。一般在保证弯曲强度的条件下，尽可能选择小的模数。模数小，齿数多，则重合度大，传动平稳性好，还可降低齿高，减小齿面相对滑动速度，不易产
10、生齿面胶合。但模数小的齿轮加工精度要求相对高些。模数小不耐磨损，对于开式传动，模数要取大些。为什么轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧？（1 ）齿根弯曲疲劳强度计算时，将轮齿视为悬臂梁，受载荷后齿根处产生的弯曲应力最大。（2 ）齿根过渡圆角处尺寸发生急剧变化，又由于沿齿宽方向留下加工刀痕产生应力集中。（3 ）在反复变应力的作用下，由于齿轮材料对拉应力敏感，故疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧。一对标准直齿圆柱齿轮传动，当传动比 i=2 时，试问：（1 ）哪一个齿轮所受的弯曲应力大？为什么？（2 ）若大、小齿轮的材料、热处理硬度均相同，小齿轮的应力循环次数 ，061N则它们的许用弯曲应力是否
11、相等？为什么？（1 ）因 一般 ，故 ，即小齿轮的齿根弯曲应力大。21saFsaY21F（2 ）两齿轮硬度相同，即试验齿轮的弯曲疲劳极限 。但由于工作循环次2lim1limFF数 N1N2 及齿轮的寿命系数 YN1YN2，且又由于应力修正系数 ，故小齿21STY轮的许用弯曲应力 。21FPFP11、一对按接触疲劳强度设计的软齿面钢制圆柱齿轮，经弯曲强度校核计算，发现其 F比 FP 小很多，试问设计是否合理？为什么？在材料、热处理硬度不变的条件下，可采取什么措施以提高其传动性能？解题要点：（1 ）因闭式软齿面齿轮，其主要失效形式为齿面疲劳点蚀，其设计准则为 ，必HP须首先满足接触强度的要求，因此此设计是合理的。（2 ）若材料、热处理硬度不变，在满足弯曲强度条件（ ）下，可选用较多齿数。HPz ，则重合度 ,使传动平稳，可降低齿轮的振动与噪声； ，则重合度a a系数 而使 ，可提高齿轮的接触强度；z，则 m，可减轻齿轮的重量，ZH并减少金属的切削量，以节省工时和费用。
