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《机械设计》（第八版）濮良贵主编 第十章 齿轮传动
第十章 齿轮传动
§１０—１ 概述：
本章主要介绍最常用的渐开线齿轮传动。 1．特点：
优：1）效率高（可达99%以上，这在大功率传动时意义很大） 2）结构紧凑
3）工作可靠，寿命长（可达几十年，如：机械表）。 4）传动比稳定
缺： 制造、安装精度要求高，价高，不宜远距离传动。 2．传动型式： 开 式： 齿轮完全暴露在外的齿轮传动。 半开式： 有简单防护罩的齿轮传动。 闭 式： 由箱体密封的齿轮传动。
§１０—２ 齿轮传动的失效形式及设计准则：
硬齿面齿轮： 齿面硬度大于350HBS或38HRC的齿轮。 软齿面齿轮： 齿面硬度不大于350HBS或38HRC的齿轮。
一．失效形式：
齿轮传动的失效主要是轮齿失效，齿圈、轮辐、轮毂等其它部分很少失效，所以， 以下仅介绍常见的轮齿失效形式： 1．轮齿折断：
1）折断形式：① 疲劳折断： 齿根受弯曲变应力作用→疲劳→折断。 ② 过载折断： 过载或偏载→应力超过静强度→折断。 2）折断位置：常发生在轮齿根部。
∵ 根部弯曲应力最大，且截面变化大， 加式刀痕深，应力集中严重
3）抗折断措施：① 加大齿根圆角，消除刀痕→应力集中↓。 ② 增大轴及支承刚性→偏载↓。
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图10-1 轮齿的疲劳折断《机械设计》（第八版）濮良贵主编 第十章 齿轮传动
③ 增加齿芯韧性，强化齿根表层（喷丸，滚压等） 2．齿面磨损：
传动时，啮合齿面间的相对滑动→磨损（是开式传动的主要失效形式） 3．齿面点蚀：
1）点蚀： 在接触变应力的反复作用下，齿面材料因疲劳而小片脱落的现象。 2）位置： 点蚀常先发生于节线附近的齿根一侧。
3）原因： ①在节线附近啮合时，相对滑动速度低，润滑差，摩擦大。 ②啮合齿对少，受力大，接触应力大。 注： 点蚀是闭式传动的主要失效形式。
4）抗点蚀措施：
① 提高齿面硬度。
② 改善润滑条件：a、低速传动，采用粘度较大的润滑油。 b、高速传动，采用喷油润滑。 4．齿面胶合：
1）胶合： 两因瞬时温升过高而粘连的啮合齿面，在相对运动时被撕破，形成沿 滑动方向沟痕的现象。
2）机理： 高速重载→啮合区瞬时温升↑→两啮合面粘连→相对运动时被撕破→ 形成沿滑动方向的沟痕。
注： 低速重载时，也会因接触应力过大而粘连──冷胶合。 3）抗胶合措施：
采用抗胶合的润滑油。 5．塑性变形：
1）塑变： 轮齿材料发生塑性流动的现象。 2）类型： ① 滚压塑变： 两啮合轮齿既滚又滑致使材料沿滑动方向 流动，而在从动轮节线处形成凸棱、主动 轮节线处形成凹沟。 ② 锤击塑变： 冲击过大引起的塑变（沿接触线的沟槽）。 3）抗塑变措施： ① 提高齿面硬度。
55 从动轮图10-5 轮齿的滚压塑变主动轮《机械设计》（第八版）濮良贵主编 第十章 齿轮传动
② 采用较高粘度的润滑油。
二．设计准则：
针对各种失效形式，应建立相应的设计准则，以保证传动有足够的工作能力。 但对磨损和塑变，至今尚无公认、有效的计算方法，故目前的设计准则是： 保证齿根弯曲疲强及齿面接触疲强足够，兼顾抗胶合能力。 1．闭式传动：
1）软齿面： 以接触疲强设计，弯曲疲强校核。
2）硬齿面： 同时以接强、弯强设计，取其中较大者作为设计结果。 3）高速大功率（＞75kw）：
需作热平衡计算，以防胶合。 2．开式（半开式）传动：
以齿根弯强设计，将模数适当放大以兼顾磨损。
§10—3 齿轮的材料及其选择原则：
轮齿材料的基本要求： 齿面硬度高，齿芯韧性好。 一．常用的齿轮材料：
1．钢： 韧性好，耐冲击，可通过热处理改善性能，最适用于制造齿轮。 1）锻钢
除尺寸太大或结构太复杂者，一般齿轮都用锻钢制造，C% = 0.15～0.6% ① 热处理后切齿的齿轮所用的锻钢：
a. 常用者： 中碳钢，如 45、35SiMn b. 热处理方法： 调质，常化。
c. 制造过程： 毛坯 → 热处理 → 切齿 → 成品。 d. 精度，齿面硬度： 分别达7～8级 及 ＜350HBS（软齿面）。 e．适用： 强度、速度和精度都要求不高的齿轮 ② 需精加工的齿轮所用的锻钢：
a. 常用者： 低、中碳钢，如 20Cr、40Cr、45 b. 热处理： 表面淬火，渗碳，氮化等。
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《机械设计》（第八版）濮良贵主编 第十章 齿轮传动
c. 制造过程： 毛坯 → 切齿 → 表面硬化处理 → 精加工 → 成品。 d. 精度： 可达3～4级。
e. 齿面硬度： ＞350HBS（如58～65HRC）。 f．适用： 高速、重载及精密齿轮 ③ 合金钢：
价高，用于既高速载重、又要体小质轻的高要求处，如航空齿轮。
2）铸钢： 耐磨性及强度均较高，适用于尺寸较大的齿轮。 2．铸铁：
性脆，抗冲击及耐磨性较差，适用于低速轻载无冲击处。 3．非金属材料：
1）适用： 高速轻载及精度不高的齿轮传动。 2）用法： 小轮：非金属材料。 大轮：钢，铸铁。 3）常用材料： 塑料，尼龙。
常用齿轮材料及其机械性能 P.191. 表10-1.
二．齿轮材料的选择原则： 1．满足工作条件的要求：
如： 航空齿轮要质轻体小，工件可靠 → 合金钢。 2．齿轮尺寸、毛坯成型方法、热处理及制造工艺的要求： 如： 大尺寸齿轮 → 铸造毛坯 → 铸铁或铸钢 中等及中等偏小的齿轮 → 锻造毛坯 → 锻钢 3．载荷影响：
1）正火碳钢： 只能用于载荷平稳或有轻度冲击处 2）调质碳钢： 可用于有中等冲击处 3）合金钢： 一般用于高速、重载有冲击处 4．齿面硬度：
1）要求体小质轻处： 齿面应表面硬化处理 → 硬齿面
2）金属制软齿面： 小轮的齿面硬度应比大轮高30～50HBS或更多
∵ 小轮易损，且较硬的小轮齿面对大轮齿面有冷作硬化效果， 从而可提高大轮接强。
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