第11 齿轮传动 §11轮齿的失效形式 §112齿轮材料及热处理 It vers §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篁 §11-6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 §11-7斜齿圆柱齿轮传动 §11-8直齿圆锥齿轮传动 机械设计基础 §11-9齿轮的构造 §11-10齿轮传动的润滑和效率
第 11 章 齿轮传动 §11-1 轮齿的失效形式 §11-2 齿轮材料及热处理 §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 斜齿圆柱齿轮传动 §11-8 直齿圆锥齿轮传动 §11-9 齿 轮 的 构 造 §11-10 齿轮传动的润滑和效率
轮齿的失效形式 轮齿折断 令轮齿折断一般发生在齿根部分, 的9 因为轮齿受力时齿根峦曲应力最 大,而且有应力集中 罔6-25轮齿的裂断 ◇轮齿因短时意外的严重过载而引起的突然折断,称为过载折 断。 心在载荷的多次重复作用下,弯曲应力超过弯曲疲劳极限时, 齿根部分将产生疲劳裂纹。裂纹的逐渐扩展,最终将引起轮 齿折断,这种折断称为疲劳折断
§11-1 轮齿的失效形式 1. 轮齿折断 ❖ 轮齿折断一般发生在齿根部分， 因为轮齿受力时齿根弯曲应力最 大，而且有应力集中。 ❖ 轮齿因短时意外的严重过载而引起的突然折断，称为过载折 断。 ❖ 在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时， 齿根部分将产生疲劳裂纹，裂纹的逐渐扩展，最终将引起轮 齿折断，这种折断称为疲劳折断
若轮齿单侧工作时,根部弯曲应力按 脉动循环变化。若轮齿双侧工作时 则弯曲应力按对称循环变化 齿面点蚀 图6-26齿面点蚀 轮齿工作时,其工作表面上任一点所产生的接触应力是按 脉动循环变化的。若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极 限时,在载荷的多次重复作用下,齿面表层就会发生疲劳 点蚀。疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处 齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关,齿面硬度越高,抗 点蚀能力越强
◆ 若轮齿单侧工作时，根部弯曲应力按 脉动循环变化。若轮齿双侧工作时， 则弯曲应力按对称循环变化。 2. 齿面点蚀 ◆ 轮齿工作时，其工作表面上任一点所产生的接触应力是按 脉动循环变化的。若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极 限时，在载荷的多次重复作用下，齿面表层就会发生疲劳 点蚀。疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处。 ◆ 齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗 点蚀能力越强
软齿面(HBS<350)的闭式齿轮传动常因齿面点蚀而失效 齿面胶合 在高速重载的齿轮传动中,常因啮合处的高压接触使温升 过高,破坏了齿面的润滑油膜,造成润滑失效,致使两齿 轮齿面金属直接接触,以致局部金属粘结在一起。随着传 动过程的继续,较硬金属齿面将较软的金属表层沿滑动方 向撕划出沟槽,这种现象称为齿面胶合 齿面胶合是较严重的粘着磨损。对 于低速重载传动,由于油膜不易形 成,也可能发生胶合失效 齿面胶合
◆ 软齿面(HBS≤350)的闭式齿轮传动常因齿面点蚀而失效。 3. 齿面胶合 ◆ 在高速重载的齿轮传动中，常因啮合处的高压接触使温升 过高，破坏了齿面的润滑油膜，造成润滑失效，致使两齿 轮齿面金属直接接触，以致局部金属粘结在一起。随着传 动过程的继续，较硬金属齿面将较软的金属表层沿滑动方 向撕划出沟槽，这种现象称为齿面胶合。 ◆ 齿面胶合是较严重的粘着磨损。对 于低速重载传动，由于油膜不易形 成，也可能发生胶合失效。 齿面胶合
提高齿面硬度、降低粗糙度值;选用抗 胶合性能好的齿轮副材料和用抗胶合能 力强的润滑油;减小模数、降低齿数以 降低滑动速度等,均可防止或减轻轮齿 磨损厚度 的胶合。 图6-27齿面的磨损 齿面磨损 在开式传动中,由于轮齿外露,灰尘、硬屑粒等磨粒 性物质容易进入啮合区,引起磨粒磨损。齿面磨损后, 正确齿形遭到破坏,齿侧间隙增大,齿厚减薄,引起 冲击和振动,最终导致轮齿因强度不够而折断
◆ 提高齿面硬度、降低粗糙度值；选用抗 胶合性能好的齿轮副材料和用抗胶合能 力强的润滑油；减小模数、降低齿数以 降低滑动速度等，均可防止或减轻轮齿 的胶合。 4. 齿面磨损 ◆ 在开式传动中，由于轮齿外露，灰尘、硬屑粒等磨粒 性物质容易进入啮合区，引起磨粒磨损。齿面磨损后， 正确齿形遭到破坏，齿侧间隙增大，齿厚减薄，引起 冲击和振动，最终导致轮齿因强度不够而折断
齿面塑性变形 软齿面齿轮在低速重载或有短时过载的传动中,由于摩 擦力的作用可能出现齿面表层金属沿滑动方向流动而发 生塑性变形。齿面发生塑性变形后,主动轮齿廓在节线 附近出现凹坑,而从动轮齿廓在节线附近出现凸起,从 而破坏了正确的齿形,降低了传动质量。 从动轮 F 节 主动轮 磨擦力 齿体的塑性变形,轮齿歪斜 轮齿表面材料流动情况
5. 齿面塑性变形 ◆ 软齿面齿轮在低速重载或有短时过载的传动中，由于摩 擦力的作用可能出现齿面表层金属沿滑动方向流动而发 生塑性变形。齿面发生塑性变形后，主动轮齿廓在节线 附近出现凹坑，而从动轮齿廓在节线附近出现凸起，从 而破坏了正确的齿形，降低了传动质量。 齿体的塑性变形，轮齿歪斜 轮齿表面材料流动情况
齿轮材料及热处理 齿轮材料应具有的基本要求: 轮齿表层应有较高的硬度和良好的耐磨性能。 轮齿芯部应有足够的强度和韧性,使齿根具有良好的弯 曲强度和抗冲击能力。 应有良好的加工工艺性能及热处理性能,使之易于达到 所需的加工精度及机械性能的要求。 常用的齿轮材料有锻钢、铸钢、铸铁。在某些情况下也 选用工程塑料等非金属材料
§12-2 齿轮材料及热处理 ◆ 齿轮材料应具有的基本要求： 1) 轮齿表层应有较高的硬度和良好的耐磨性能。 2) 轮齿芯部应有足够的强度和韧性，使齿根具有良好的弯 曲强度和抗冲击能力。 3) 应有良好的加工工艺性能及热处理性能，使之易于达到 所需的加工精度及机械性能的要求。 ◆ 常用的齿轮材料有锻钢、铸钢、铸铁。在某些情况下也 选用工程塑料等非金属材料
齿轮常用的热处理方法有: 表面淬火 表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢 表面淬火后轮齿变形不大,可不磨齿,齿面硬度可达52 ~56HRC。由于齿面接触强度高,耐磨性好,而齿芯部未 淬硬仍有较髙的韧性,故能承受一定的冲击载荷。 表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.15%~0.25%的低碳钢和低碳合金钢
◆ 齿轮常用的热处理方法有： 1. 表面淬火 ◆ 表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢。 ◆ 表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可达52 ~56HRC。由于齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯部未 淬硬仍有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷。 ◆ 表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。 2. 渗碳淬火 ◆ 渗碳钢为含碳量0.15％～0.25％的低碳钢和低碳合金钢
◆渗碳淬火后齿面硬度可达56~62HRC,齿面接触强度高, 耐磨性好,而齿芯都仍保持有较高的韧性,常用于受冲击 载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后要磨齿 调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。调质处理后齿面硬度 一般为220~260HBS。因硬度不高,故可在热处理以后精 切齿形,且在使用中易于跑合 正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能 机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的 齿轮可用铸钢正火处理
◆ 渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，齿面接触强度高， 耐磨性好，而齿芯都仍保持有较高的韧性，常用于受冲击 载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后要磨齿。 3. 调质 ◆ 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。调质处理后齿面硬度 一般为220～260HBS。因硬度不高，故可在热处理以后精 切齿形，且在使用中易于跑合。 4. 正火 ◆ 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。 机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的 齿轮可用铸钢正火处理
渗氮 渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理, 齿面硬度可达60~62HRC。因氮化处理温度低,齿的变形 小,因此适用于难以磨齿的场合。 其中,调质和正火处理后的齿面硬度较低,为软齿面; 其他三种处理后的齿面硬度较高,为硬齿面。 大小齿轮都是软齿面时,考虑到小齿的齿根较薄,弯 曲强度较低,且受载次数较多,故在选择材料和热处理 时,一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20~50HBS。 当大小齿轮都是硬齿面时,小齿轮的硬度应略高,也可 和大齿轮相等
5. 渗氮 ◆ 渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理， 齿面硬度可达60～62HRC。因氮化处理温度低，齿的变形 小，因此适用于难以磨齿的场合。 ◆ 其中，调质和正火处理后的齿面硬度较低，为软齿面； 其他三种处理后的齿面硬度较高，为硬齿面。 ◆ 当大小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿的齿根较薄，弯 曲强度较低，且受载次数较多，故在选择材料和热处理 时，一般使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HBS。 ◆ 当大小齿轮都是硬齿面时，小齿轮的硬度应略高，也可 和大齿轮相等
