第十章齿轮传动本章主要内容齿轮传动类型和特点；齿轮传动的受力分析、计算载荷、各种载荷系数的物理意义及其影响因素；齿轮传动的失效形式及其机理、特点、预防措施；齿轮材料的基本要求、常用的热处理方法及材料的选用原则；直齿圆柱齿轮承载能力计算，斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮承载能力计算特点；齿轮的结构设计；齿轮传动的润滑。重点难点齿轮传动的受力分析、计算载荷、各种载荷系数的物理意义及其影响因素；齿轮传动的失效形式及其机理、特点、预防措施；直齿圆柱齿轮承载能力计算。第一节概述一、齿轮传动的特点、类型和基本问题齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛，型式多样，传递功率从很小到很大（可高达近十万千瓦）。1、齿轮传动的主要特点：效率高可达99％。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高；结构紧凑与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；工作可靠，寿命长与各类传动相比传动比稳定无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；成本高，不适于远距离传动与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高。2、齿轮传动的分类按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿轮传动锥齿轮传动按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。按使用情况分：动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS）3、两个基本问题：(1)传动平稳就是要保证瞬时传动比恒定，从而尽可能减小齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。(2)足够的承载能力就是要在尺寸、质量较小的前提下．保证齿轮的强度、耐磨性等方面的要求。保证在预定的使用期限内不发生失效。精度选择齿轮精度等级应根据传动的用途，使用条件、传动功率和圆周速度等确定。表10—8给出了各类机器所用齿轮的精度等级。供选择精度等级时参考。齿轮的精度等级与最大圆周速度见图10—22（P208）。第二节轮齿的失效形式及设计准则一、失效形式1．轮齿折断从形态上看，有：整体折断和局部折断；就损伤机理来说，有：疲劳折断和过载(静力)折断；2．齿面点蚀轮齿工作时．其工作表面上的接触应力是随时间而变化的脉动循环应力。3．齿面胶合按其形成的条件，又可分为热胶合和冷胶合。4．齿面磨粒磨损当铁屑、粉尘等微粒进入轮齿的啮合部位时．将引起齿面的磨粒磨损开式齿轮传动由于齿轮外露，其主要失效形式为磨粒磨损。5．齿面塑性变形重载时，在摩擦力的作用下。齿面可能产生塑性流动，从而破坏原有的正确齿形。二、设计准则保证齿根有足够的弯曲疲劳强度。保证齿面有足够的接触疲劳强度。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行设计。由实践得知：闭式软齿面齿轮传动按齿面接触疲劳强度设计，校算齿根弯曲疲劳强度。闭式硬齿面齿轮传动按齿根弯曲疲劳强度设计，校算齿面接触疲劳强度。开式齿轮传动按齿根弯曲疲劳强度设计，将模数适当加大来考虑磨损的影响。第三节齿轮的材料及其选择一、对齿轮材料性能的要求齿面硬、芯部韧。齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力。二、常用的齿轮材料1．钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理可提高机械强度，耐磨性等锻钢铸钢2．铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；3．非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合三、齿轮材料的选则原则齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多。第四节齿轮传动的计算载荷轮齿的受力分析直齿圆柱齿轮为简化分析．常以作用在齿宽中点处的集中力代替均布力。忽略摩擦力的影响、该集中力为沿啮合线指向齿面的法向力。法向力分解为两个力．即切向力和径向力。以节点P处的啮合力为分析对象，并不计啮合轮齿间的摩擦力，可得：力的大小计算如下：轮齿的受力分析力的方向判断如下：切向力：在从动轮上为驱动力，与其回转方向相向；在主动轮上为阻力，与其回转方向相反。径向力：对于外齿轮，指向其齿轮中心；对内齿轮．则背离其齿轮中心。斜齿圆柱齿轮用与直齿圆柱齿轮相似的方法，可将作用于斜齿轮轮齿上的法向力分解为三个力：即切向力、径向力、轴向力。各力的大小计算斜齿圆柱齿轮的切向力、径向力方向的判断与直齿圆柱齿轮相同。作用于主动齿轮轮齿上的轴向力方向判断．可采用手