机械设计综合大作业 林武深AP0908217

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第八章齿轮传动

一、知识要点

本章以渐开线直齿圆柱齿轮传动为主线，阐述圆柱齿轮传动的运动设计和承载能力设计。运动设计主要包括啮合原理及啮合特点、基本参数和几何尺寸计算等内容；承载能力设计主要包括设计计算准则、齿轮失效、力分析和强度计算等内容。在此基础上，简明介绍直齿锥齿轮传动设计及齿轮润滑设计。

齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。齿轮技术科达到的指标为：圆周速度v=300m/s,转速n=100000r/min,传递效率P=100000Kw,模数m=0.004~100mm,直径d=1mm~152.3m 。

1、 齿轮传动的分类

① 按传动形式分

② 按齿轮传动的工作条件分：闭式传动、开式传动、半开式传动

③ 按齿面硬度分：齿面硬度≤350HB 或38HRC 时，称为软齿面齿轮

齿面硬度＞350HB 或38HRC 时，称为硬齿面齿轮

2、 齿轮传动的优缺点

优点：

1） 齿轮传递的功率和速度范围很大，功率可从很小到数十万千瓦，圆周速度可从

很小到每秒一百多米以上。齿轮尺寸可从小于1mm 到大于10m 。

2） 齿轮传动属于啮合传动，齿轮齿廓为特定曲线，瞬时传动比恒定，且传动平稳、

可靠。

3） 齿轮传动结构紧凑、效率高，使用寿命长。

4） 齿轮种类繁多，可以满足各种传动形式的需要。

缺点：

1） 齿轮的制造和安装的精度要求较高，制造齿轮需要有专门的设备。

齿轮

传动

平面齿轮传动

空间齿轮传动 直齿圆柱齿轮传动

斜齿圆柱齿轮传

传递相交运动 传递交错轴运动 内啮合

外啮合

直齿圆锥齿轮

斜齿圆锥齿轮

交错轴斜齿轮传动

蜗杆蜗轮

准双曲面齿轮

曲齿圆锥齿轮

人字齿轮运动

齿轮齿条

内啮合

外啮合

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2） 啮合传动会产生噪声。

3）当两轴距离较远时，须用一系列齿轮来传递轴间的运动和动力，增加了机器的

复杂程度和重量。

3、齿轮传动的失效形式

1）轮齿折断：轮齿折断一般发生在齿根部位，齿根部位的弯曲应力最大，且齿根过渡部分

的形状和尺寸的突变，以及沿齿向的加工刀痕均会引起应力集中造成的。

提高抗折断能力的措施：①采用适合热处理方法提高齿芯材料的韧性②采用喷丸、辗压等工

艺方法进行表面强化，防止初始疲劳裂纹的产生③真大齿根过渡圆弧半径，减轻加工刀痕，以减小压力集中的影响④增大轴及轴承的刚性，减轻因轴变形而产生的载荷沿齿向分布不均的现象。

2）齿面接触疲劳磨损：表现为齿面有麻点状微小物质脱落的现象

提高齿面接触疲劳强度，防止或减轻点蚀的措施有：①提高齿面硬度和降低粗糙度值②采用

黏度较高的润滑油③采用变为齿轮，增大两个齿轮节圆处的曲率半径，以降低接触应力。

3）齿面胶合:高速重载而润滑不良的条件下得齿轮传动，因为齿面间的压力及相对滑动速

度大，会造成瞬时高温而使相啮合的两个齿面粘在一起，当两个齿面做相对滑动时，相啮合的部位被撕脱，于是在齿面上沿着相对滑动方向形成伤痕。

提高抗胶合能力的措施有：①提高齿面硬度和降低粗糙度值②选用胶合性能好的材料作为齿轮材料③采用抗胶合性能好的润滑油④减小模数和齿高，降低齿面间相对润滑速度

4）齿面塑性变形:由于在主动轮面的节线两侧，齿顶部分和齿根部分的摩擦力方向相背，

因此在节线附近形成凹槽;从动轮则因摩擦力方向相对，而形成凸脊，这样造成齿面永久性的变形，破坏了正确的齿形。

提高齿面抵抗塑性变形能力的措施有：①提高齿面硬度②采用黏度大的润滑油或使用含有极压添加剂的润滑油

5）齿面磨粒磨损：当齿面间落入硬的颗粒时，由于相对滑动，较软的齿面易被划伤。 避免齿面齿面磨粒磨损的措施：①对于开式传动，应特别注意保持环境的清洁，减少磨粒侵入②改开式传动为闭式传动

4、齿轮传动的基本设计准则

1）对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：

① 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断

② 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。

③ 对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设

计。

2）由实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。

闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。

5、齿轮传动计算载荷

n ca KF F

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βαK K K K K V A ⋅⋅⋅=

1）、了解各个系数的基本含义、实质与它们之间的差别，即减小

V K ，βK 的措施；

为齿向载荷分布系数

为齿间载荷分配系数，为动载系数，为使用系数，载荷系数相应的计算载荷，称为名义载荷，齿轮传动的法向载荷，ca βαK K K K K F F V A n 2）、会查表： ①、查动载系数

V K 时，附图8-1中横坐标V 指主动轮及小齿轮的线速度；

②、对齿向载荷分布系数β

K 的值，一定分清楚各种布置的区别，不能弄错了。

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