轮齿的失效形式齿轮传动的精度第十章 齿轮传动齿轮传动 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算齿轮材料及热处理直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算齿轮传动直齿圆锥齿轮传动齿轮的构造齿轮传动的润滑和效率斜齿圆柱齿轮传动重点与难点,
1、齿轮受力分析和强度计算
2、齿轮传动的设计计算第十章 齿轮传动第一节,齿轮传动的基本类型和特点齿轮传动,用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速度可达到 300m/s，传递功率可达 105kW，齿轮直径可从不到 1mm
到 150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。
优点 有：
传递动力大、效率高；
寿命长，工作平稳，可靠性高；
能保证恒定的传动比，能传递两轴间任意夹角的运动。
缺点 有：
制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；
不宜作轴间距离过大的传动。
1.齿轮传动的特点按两轴线位置分
2.齿轮传动 的类型：
齿轮传动按工作条件不同分：
1）开式、半开式传动在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，称 开式齿轮传动 。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动 。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为 半开式齿轮传动 。它工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。
2）闭式传动汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体 (机匣 )的，称为闭式齿轮传动 (齿轮箱 )。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。
按齿面硬度分：
1）软齿面齿轮 轮齿工作面的硬度小于或等于 350HB
2）硬齿面齿轮 轮齿工作面的硬度大于 350HBS
1）圆形齿轮传动（角速比恒定）
2）非圆齿轮传动（角速比变化）
按一对齿轮传动的角速比是否恒定分为
1）渐开线齿轮
2）圆弧齿轮
3）摆线齿轮按轮齿齿廓曲线的不同分为
1、轮齿折断 一般发生在齿根处，严重过载突然断裂、疲劳折断第二节 轮齿的失效形式失效形式齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处，
齿面越硬，抗点蚀能力越强。 软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。
齿面点蚀
2、齿面点蚀失效形式 齿面磨损
1、减小齿面粗糙度
2、改善润滑条件磨粒磨损跑合磨损
3、齿面磨损措 施：
齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。
1、提高齿面硬度
2、减小齿面粗糙度
3、增加润滑油粘度
4、加抗胶合添加剂
4、齿面胶合措 施低速高速失效形式
5、齿面塑性变形
2）硬齿面齿轮（ HB>350HBS）或铸铁齿轮 由于抗点蚀能力较高，轮齿折断的可能性较大，故可按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，按齿面接触疲劳强度校核。
（ 1）闭式齿轮传动
1）软齿面齿轮（ HB≤350HBS ） 主要失效形式是齿面点蚀，故可按齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核。
（ 2）开式齿轮传动齿面磨损为其主要失效形式，通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大 10%-15%，
无需校核接触强度。
设计准则齿轮材料的基本要求,齿面硬、齿芯韧。
(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；
(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：
(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能．使之便于加工且便于提高其力学性能。
最常用的齿轮材料是钢．此外还有铸铁及一些非金属材料等。
（一） 齿轮材料的基本要求第三节 齿轮的材料及热处理一、常用材料及要求锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。
(1)软齿面齿轮,齿面硬度 <350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如 45钢,40Cr,35SiMn等材料，进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度、精度要求不高的场合，
轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿，生产便利、成本较低。
在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高 30一 50HBS,这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多（为什么？）,且小齿轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。
（二）齿轮的常用材料
1．锻钢低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于 500mmm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。
(2)硬齿面齿轮硬齿面齿轮的齿面硬度 >350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。若采用低碳钢或低碳合金钢，需渗碳淬火。
2．铸钢当齿轮的尺寸较大 (大于 400一 600mm)而不便于锻造时，
可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。
3．铸铁
4．非金属材料常用的有夹布胶木、工程塑料等。适用于高速轻载、
精度要求不高的场合。
二、热处理方法表面淬火渗碳淬火调 质正 火渗 氮一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 45,40Cr等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达 52-56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。
1、表面淬火
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，如
20,20Cr等。齿面硬度达 56-62HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。
3、调 质 （ 淬火后高温回火的热处理方法 ）
调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 45,40Cr、
35SiMn等。调质处理后齿面硬度为,220-260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，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。
渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达 60~62HRC。
氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，
如内齿轮。材料为,38CrMoAlA.
5,渗 氮特点及应用：
调质、正火处理后的硬度低,HBS ≤ 350,属软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高,20-50HBS
2、中低速、中低载齿轮传动,大、小齿轮齿面有一定硬度差,
HB1=HB2+（ 20~50）。
三、材料的选择原则
1、按不同工况选材。
1）使大、小齿轮寿命接近； 2）减摩性、耐磨性好；
3）小齿轮可对大齿轮起冷作硬化作用。
3、有良好的加工工艺性，便于齿轮加工。
大直径齿轮：齿面硬度不宜太高,HB＜ 200，以免中途换刀
4、材料易得、价格合理。
举例：起重机减速器：小齿轮 45钢调质 HB230~260
大齿轮 45钢正火 HB180~210
机床主轴箱：小齿轮 40Cr或 40MnB 表淬 HRC50~55
大齿轮 40Cr或 40MnB 表淬 HRC45~50
指金属在 [再结晶温度以下 ]的温度进行塑性变形加工而导致的材料强度 \硬度升高,塑性韧性下降的工艺,
都可以称作冷作硬化,比如冷拔可以提高钢丝的强度,冷轧可以提高板材
\型材的强度,喷丸处理可以提高齿轮 \弹簧等工件的抗疲劳性能,提高寿命,滚压压花可以提高一些工具手柄的摩擦力等,
第四节 齿轮传动的精度制造和安装齿轮传动装置时，不可避免地会产生误差。误差对传动带来以下三方面的影响：
相啮合齿轮在一转范围内实际转角与理论转角不一致，即影响传递 运动的准确性 。
瞬时传动比不能保持恒定不变，齿轮在一转范围内会出现多次重复的转速波动，特别在高速传动中将引起振动、冲击和噪声，即影响 传动的平稳性 。
齿向误差能使齿轮上的载荷分布不均匀，当传递较大转矩时，易引起早期损坏，即影响 载荷分布的均匀性 。
GB10095一 88对圆柱齿轮及齿轮副规定了 12个精度等级反映传递运动的准确性、传动的平稳性和载荷分布的均匀性。
表 10-3 齿轮传动精度等级的选择及其应用精度等级 直齿圆柱齿轮
9级斜齿圆柱齿轮直齿圆锥齿轮圆周速度 v(m/s)
8级
7级
6级 ≤ 15
≤ 10
≤ 5
≤ 3
≤ 25
≤ 17
≤ 10
≤ 3.5
≤ 9
≤ 6
≤ 3
≤ 2.5
应 用高速重载齿轮传动，如飞机、
汽车和机床中的重要齿轮；分度机构的齿轮传动。
高速中载或低速重载齿轮传动，
如飞机、汽车和机床中的重要齿轮；分度机构的齿轮传动。
机械制造中对精度无特殊要求的齿轮。
低速及对精度要求低的齿轮
1
F
r1
F
t1
F
n
F
t2
F
n
F
r2
2
直齿圆柱齿轮的受力分析第五节 圆柱齿轮传动的作用力一、齿 轮上的作用力直齿 轮上的作用力小齿轮上的转矩
P为传递的功率（ KW） ω
1 ——小齿轮上的角速度，
n1 ——小齿轮上的转速 d
1 ——小齿轮上的分度圆直径，
α ——压力角各作用力的方向如图
1
F
r1
F
t1
F
n
F
t2
F
n
F
r2
2
径向力?tan== tr2r1 FFF
法向力?cos/tn FF =
mmNnPPT ××==
1
6
1
6
1 1055.910?
圆周力
1
12dTFt =
1,旋向,左、右旋 的判断 (β-分度圆柱上的螺旋角 )
斜齿 轮上的作用力左 右
2,Ｆ n 的分解,
Ｆ n －圆周力 Ｆ t
径向力 Ｆ r
轴向力Ｆ a
轴向力Ｆ a的判断,左右手 定则
⑴ 依 主动轮 左或右旋定左或右手
⑵ 四手指代表轮转向，握拳大拇指指向为方向
（ ★ 不能用在从动轮上）
Ｆ t＝ 2Ｔ 1／ d1
Ｆ r＝Ｆ t·tgαn／ cosβ
Ｆ a＝Ｆ t·tgβ
3,作用力的大小 （ αn法面参数 ）
4 力方向判定：
圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。
径向力：指向圆心。
轴向力：可用左、右手判断。
Ｆ t1 = －Ｆ t2
Ｆ r1 = －Ｆ r2
Ｆ a1 = －Ｆ a2
配对齿轮－旋向相反 转向相反主动 被动
n
主动轮左旋二,计算载荷 上述法向 力为名义载荷，理论上沿齿宽均匀分布，但由于轴和轴承的变形，传动装置制造和安装误差等原因载荷并不是均匀分布，出现 载荷集中的现象。 图示轴和轴承的刚度越小，齿宽 b越宽，载荷集中越严重。
Fn ——名义载荷受力变形制造误差安装误差 附加动载荷此外轮齿变形和误差还会引起 附加动载荷,且精度越低，圆周速度越高，动载荷越大。
载荷集中计算齿轮强度时，采用用 计算载荷 KFn代替名义载荷 Fn以考虑载荷集中和附加动载荷的影响，
K ——载荷系数表 11-3 载荷系数 K
原动机电动机多缸内燃机单缸内燃机均 匀 中等冲击 大的冲击工作机械的载荷特性
1.1~1.2
1.2~1.6
1.6~1.8 1.8~2.0
1.1~1.2
1.6~1.8
1.6~1.8
1.9~2.1
2.2~2.4
齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进行计算。
2
2
2
1
2
1
21
11
11
EE
b
F n
H
=
赫兹公式
“+”用于外啮合,,-”用于内啮合第六节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
B,齿宽
E,弹性模量
μ：泊松比
ρ：接触处曲率半径
][)1(335 2 1
3
HH uba
KTu=
c o s
t
n
FF =
2
1
3)1(
335 uba KTuH?=?
c o s
2
1
1
d
T=
弹性模量,E1=E2=2.06× 105 MPA
泊松比,μ 1=μ 2= 0.3 α =20?
一对钢制齿轮：
代入赫兹公式得引入齿宽系数 ψa=b/a
得设计公式 mm
u
KTua
aH
3 1
2
][
33 5)1(
钢 ——铸铁 取 285
285
285
铸铁 ——铸铁 取 250
250
250
齿数比 u= z2 /z1 = d2 /d1 a = d1+d2
表 11-4 安全系数 SH和 SF
SH
SF
安全系数 软齿面（ HBS≤ 350） 硬齿面（ HBS> 350）
重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮
1.0~1.1
1.3~1.4
1.1~1.2
1.4~1.6 1.6~2.2
1.3
MPaS
H
H
H
l i m][ =
许用接触应力
σ Hlim ——接触疲劳极限,由实验确定,
SH ——为安全系数，查表 11-4 确定。
直齿轮齿根弯曲强度计算斜齿轮齿面接触强度计算齿根弯曲强度计算不做要求直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。否则可能引起轮缘断裂。
1,齿轮轴第七节 齿轮结构通过强度和几何尺寸的计算，已确定主要参数和尺寸。
还要设计其结构和其它尺寸。常用结构形式有：
X < 2.5 m m
2,实心齿轮当齿轮的齿顶圆直径 da≤200mm 时，可采用实心式结构。这种结构型式的齿轮常用锻钢制造。
d
d0
b
d s
d hd a
斜度 1:10
lh
δ
c
dh=1.6 ds ; lh=(1.2.~1.5)ds,并使 lh ≥b
c=0.3b ; δ =(2.5.~4) mm,但不小于 8 mm
d0和 d按结构取定，当 d 较小时可不开孔
3,腹板式齿轮当齿轮的齿顶圆直径
da=200-
500mm时，
可采用腹板式结构。这种结构的齿轮多用锻钢制造。
4.轮辐式齿轮当齿轮的齿顶圆直径 da>500mm时，可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造。
油池润滑 采用惰轮的油池润滑 喷油润滑开式 齿轮常采用人工定期润滑。可用润滑油或润滑脂。
闭式 齿轮传动的润滑方式由圆周速度 v确定。
当 v≤ 12 m/s时，采用油池润滑。
当 v > 12 m/s时，采用油泵喷油润滑。
适用于多级齿轮，且大小不等的场合。
理由,1)v过高，油被甩走，不能进入啮合区；
2)搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；
3)搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。
第十一节 齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的损耗：
表 11-6 齿轮传动的平均效率圆柱齿轮圆锥齿轮传动装置 6级或 7级精度的闭式传动 8级精度的闭式传动 开式传动
0.98
0.97
0.97
0.96 0.93
0.95
啮合中的摩擦损耗；
搅动润滑油的油阻损耗；
轴承中的摩擦损耗。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4 65
P23
P34
∞
P16
∞
P56
P45
P14
P24
P13
P15
P25
P26
P35
作业讲解：求图示六杆机构的速度瞬心解：瞬心数为,K＝ N(N-1)/2＝ 15 K=15
1.作瞬心多边形圆
2.直接观察求瞬心
3.三心定律求瞬心
P12
P46
P36
1、齿轮受力分析和强度计算
2、齿轮传动的设计计算第十章 齿轮传动第一节,齿轮传动的基本类型和特点齿轮传动,用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速度可达到 300m/s，传递功率可达 105kW，齿轮直径可从不到 1mm
到 150m以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。
优点 有：
传递动力大、效率高；
寿命长，工作平稳，可靠性高；
能保证恒定的传动比，能传递两轴间任意夹角的运动。
缺点 有：
制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；
不宜作轴间距离过大的传动。
1.齿轮传动的特点按两轴线位置分
2.齿轮传动 的类型：
齿轮传动按工作条件不同分：
1）开式、半开式传动在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，称 开式齿轮传动 。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动 。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为 半开式齿轮传动 。它工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。
2）闭式传动汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体 (机匣 )的，称为闭式齿轮传动 (齿轮箱 )。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。
按齿面硬度分：
1）软齿面齿轮 轮齿工作面的硬度小于或等于 350HB
2）硬齿面齿轮 轮齿工作面的硬度大于 350HBS
1）圆形齿轮传动（角速比恒定）
2）非圆齿轮传动（角速比变化）
按一对齿轮传动的角速比是否恒定分为
1）渐开线齿轮
2）圆弧齿轮
3）摆线齿轮按轮齿齿廓曲线的不同分为
1、轮齿折断 一般发生在齿根处，严重过载突然断裂、疲劳折断第二节 轮齿的失效形式失效形式齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时，表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处，
齿面越硬，抗点蚀能力越强。 软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。
齿面点蚀
2、齿面点蚀失效形式 齿面磨损
1、减小齿面粗糙度
2、改善润滑条件磨粒磨损跑合磨损
3、齿面磨损措 施：
齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。
1、提高齿面硬度
2、减小齿面粗糙度
3、增加润滑油粘度
4、加抗胶合添加剂
4、齿面胶合措 施低速高速失效形式
5、齿面塑性变形
2）硬齿面齿轮（ HB>350HBS）或铸铁齿轮 由于抗点蚀能力较高，轮齿折断的可能性较大，故可按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，按齿面接触疲劳强度校核。
（ 1）闭式齿轮传动
1）软齿面齿轮（ HB≤350HBS ） 主要失效形式是齿面点蚀，故可按齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核。
（ 2）开式齿轮传动齿面磨损为其主要失效形式，通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大 10%-15%，
无需校核接触强度。
设计准则齿轮材料的基本要求,齿面硬、齿芯韧。
(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；
(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：
(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能．使之便于加工且便于提高其力学性能。
最常用的齿轮材料是钢．此外还有铸铁及一些非金属材料等。
（一） 齿轮材料的基本要求第三节 齿轮的材料及热处理一、常用材料及要求锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。
(1)软齿面齿轮,齿面硬度 <350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如 45钢,40Cr,35SiMn等材料，进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度、精度要求不高的场合，
轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿，生产便利、成本较低。
在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高 30一 50HBS,这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多（为什么？）,且小齿轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。
（二）齿轮的常用材料
1．锻钢低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于 500mmm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。
(2)硬齿面齿轮硬齿面齿轮的齿面硬度 >350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。若采用低碳钢或低碳合金钢，需渗碳淬火。
2．铸钢当齿轮的尺寸较大 (大于 400一 600mm)而不便于锻造时，
可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。
3．铸铁
4．非金属材料常用的有夹布胶木、工程塑料等。适用于高速轻载、
精度要求不高的场合。
二、热处理方法表面淬火渗碳淬火调 质正 火渗 氮一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 45,40Cr等。表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达 52-56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。
1、表面淬火
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，如
20,20Cr等。齿面硬度达 56-62HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。
3、调 质 （ 淬火后高温回火的热处理方法 ）
调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 45,40Cr、
35SiMn等。调质处理后齿面硬度为,220-260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，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。
渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达 60~62HRC。
氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，
如内齿轮。材料为,38CrMoAlA.
5,渗 氮特点及应用：
调质、正火处理后的硬度低,HBS ≤ 350,属软齿面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高,20-50HBS
2、中低速、中低载齿轮传动,大、小齿轮齿面有一定硬度差,
HB1=HB2+（ 20~50）。
三、材料的选择原则
1、按不同工况选材。
1）使大、小齿轮寿命接近； 2）减摩性、耐磨性好；
3）小齿轮可对大齿轮起冷作硬化作用。
3、有良好的加工工艺性，便于齿轮加工。
大直径齿轮：齿面硬度不宜太高,HB＜ 200，以免中途换刀
4、材料易得、价格合理。
举例：起重机减速器：小齿轮 45钢调质 HB230~260
大齿轮 45钢正火 HB180~210
机床主轴箱：小齿轮 40Cr或 40MnB 表淬 HRC50~55
大齿轮 40Cr或 40MnB 表淬 HRC45~50
指金属在 [再结晶温度以下 ]的温度进行塑性变形加工而导致的材料强度 \硬度升高,塑性韧性下降的工艺,
都可以称作冷作硬化,比如冷拔可以提高钢丝的强度,冷轧可以提高板材
\型材的强度,喷丸处理可以提高齿轮 \弹簧等工件的抗疲劳性能,提高寿命,滚压压花可以提高一些工具手柄的摩擦力等,
第四节 齿轮传动的精度制造和安装齿轮传动装置时，不可避免地会产生误差。误差对传动带来以下三方面的影响：
相啮合齿轮在一转范围内实际转角与理论转角不一致，即影响传递 运动的准确性 。
瞬时传动比不能保持恒定不变，齿轮在一转范围内会出现多次重复的转速波动，特别在高速传动中将引起振动、冲击和噪声，即影响 传动的平稳性 。
齿向误差能使齿轮上的载荷分布不均匀，当传递较大转矩时，易引起早期损坏，即影响 载荷分布的均匀性 。
GB10095一 88对圆柱齿轮及齿轮副规定了 12个精度等级反映传递运动的准确性、传动的平稳性和载荷分布的均匀性。
表 10-3 齿轮传动精度等级的选择及其应用精度等级 直齿圆柱齿轮
9级斜齿圆柱齿轮直齿圆锥齿轮圆周速度 v(m/s)
8级
7级
6级 ≤ 15
≤ 10
≤ 5
≤ 3
≤ 25
≤ 17
≤ 10
≤ 3.5
≤ 9
≤ 6
≤ 3
≤ 2.5
应 用高速重载齿轮传动，如飞机、
汽车和机床中的重要齿轮；分度机构的齿轮传动。
高速中载或低速重载齿轮传动，
如飞机、汽车和机床中的重要齿轮；分度机构的齿轮传动。
机械制造中对精度无特殊要求的齿轮。
低速及对精度要求低的齿轮
1
F
r1
F
t1
F
n
F
t2
F
n
F
r2
2
直齿圆柱齿轮的受力分析第五节 圆柱齿轮传动的作用力一、齿 轮上的作用力直齿 轮上的作用力小齿轮上的转矩
P为传递的功率（ KW） ω
1 ——小齿轮上的角速度，
n1 ——小齿轮上的转速 d
1 ——小齿轮上的分度圆直径，
α ——压力角各作用力的方向如图
1
F
r1
F
t1
F
n
F
t2
F
n
F
r2
2
径向力?tan== tr2r1 FFF
法向力?cos/tn FF =
mmNnPPT ××==
1
6
1
6
1 1055.910?
圆周力
1
12dTFt =
1,旋向,左、右旋 的判断 (β-分度圆柱上的螺旋角 )
斜齿 轮上的作用力左 右
2,Ｆ n 的分解,
Ｆ n －圆周力 Ｆ t
径向力 Ｆ r
轴向力Ｆ a
轴向力Ｆ a的判断,左右手 定则
⑴ 依 主动轮 左或右旋定左或右手
⑵ 四手指代表轮转向，握拳大拇指指向为方向
（ ★ 不能用在从动轮上）
Ｆ t＝ 2Ｔ 1／ d1
Ｆ r＝Ｆ t·tgαn／ cosβ
Ｆ a＝Ｆ t·tgβ
3,作用力的大小 （ αn法面参数 ）
4 力方向判定：
圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。
径向力：指向圆心。
轴向力：可用左、右手判断。
Ｆ t1 = －Ｆ t2
Ｆ r1 = －Ｆ r2
Ｆ a1 = －Ｆ a2
配对齿轮－旋向相反 转向相反主动 被动
n
主动轮左旋二,计算载荷 上述法向 力为名义载荷，理论上沿齿宽均匀分布，但由于轴和轴承的变形，传动装置制造和安装误差等原因载荷并不是均匀分布，出现 载荷集中的现象。 图示轴和轴承的刚度越小，齿宽 b越宽，载荷集中越严重。
Fn ——名义载荷受力变形制造误差安装误差 附加动载荷此外轮齿变形和误差还会引起 附加动载荷,且精度越低，圆周速度越高，动载荷越大。
载荷集中计算齿轮强度时，采用用 计算载荷 KFn代替名义载荷 Fn以考虑载荷集中和附加动载荷的影响，
K ——载荷系数表 11-3 载荷系数 K
原动机电动机多缸内燃机单缸内燃机均 匀 中等冲击 大的冲击工作机械的载荷特性
1.1~1.2
1.2~1.6
1.6~1.8 1.8~2.0
1.1~1.2
1.6~1.8
1.6~1.8
1.9~2.1
2.2~2.4
齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主要是齿面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿面的最大接触应力可近似用赫兹公式进行计算。
2
2
2
1
2
1
21
11
11
EE
b
F n
H
=
赫兹公式
“+”用于外啮合,,-”用于内啮合第六节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
B,齿宽
E,弹性模量
μ：泊松比
ρ：接触处曲率半径
][)1(335 2 1
3
HH uba
KTu=
c o s
t
n
FF =
2
1
3)1(
335 uba KTuH?=?
c o s
2
1
1
d
T=
弹性模量,E1=E2=2.06× 105 MPA
泊松比,μ 1=μ 2= 0.3 α =20?
一对钢制齿轮：
代入赫兹公式得引入齿宽系数 ψa=b/a
得设计公式 mm
u
KTua
aH
3 1
2
][
33 5)1(
钢 ——铸铁 取 285
285
285
铸铁 ——铸铁 取 250
250
250
齿数比 u= z2 /z1 = d2 /d1 a = d1+d2
表 11-4 安全系数 SH和 SF
SH
SF
安全系数 软齿面（ HBS≤ 350） 硬齿面（ HBS> 350）
重要的传动、渗碳淬火齿轮或铸造齿轮
1.0~1.1
1.3~1.4
1.1~1.2
1.4~1.6 1.6~2.2
1.3
MPaS
H
H
H
l i m][ =
许用接触应力
σ Hlim ——接触疲劳极限,由实验确定,
SH ——为安全系数，查表 11-4 确定。
直齿轮齿根弯曲强度计算斜齿轮齿面接触强度计算齿根弯曲强度计算不做要求直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可以将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。否则可能引起轮缘断裂。
1,齿轮轴第七节 齿轮结构通过强度和几何尺寸的计算，已确定主要参数和尺寸。
还要设计其结构和其它尺寸。常用结构形式有：
X < 2.5 m m
2,实心齿轮当齿轮的齿顶圆直径 da≤200mm 时，可采用实心式结构。这种结构型式的齿轮常用锻钢制造。
d
d0
b
d s
d hd a
斜度 1:10
lh
δ
c
dh=1.6 ds ; lh=(1.2.~1.5)ds,并使 lh ≥b
c=0.3b ; δ =(2.5.~4) mm,但不小于 8 mm
d0和 d按结构取定，当 d 较小时可不开孔
3,腹板式齿轮当齿轮的齿顶圆直径
da=200-
500mm时，
可采用腹板式结构。这种结构的齿轮多用锻钢制造。
4.轮辐式齿轮当齿轮的齿顶圆直径 da>500mm时，可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造。
油池润滑 采用惰轮的油池润滑 喷油润滑开式 齿轮常采用人工定期润滑。可用润滑油或润滑脂。
闭式 齿轮传动的润滑方式由圆周速度 v确定。
当 v≤ 12 m/s时，采用油池润滑。
当 v > 12 m/s时，采用油泵喷油润滑。
适用于多级齿轮，且大小不等的场合。
理由,1)v过高，油被甩走，不能进入啮合区；
2)搅油过于激烈，使油温升高，降低润滑性能；
3)搅起箱底沉淀的杂质，加剧轮齿的磨损。
第十一节 齿轮传动的润滑和效率齿轮传动的损耗：
表 11-6 齿轮传动的平均效率圆柱齿轮圆锥齿轮传动装置 6级或 7级精度的闭式传动 8级精度的闭式传动 开式传动
0.98
0.97
0.97
0.96 0.93
0.95
啮合中的摩擦损耗；
搅动润滑油的油阻损耗；
轴承中的摩擦损耗。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4 65
P23
P34
∞
P16
∞
P56
P45
P14
P24
P13
P15
P25
P26
P35
作业讲解：求图示六杆机构的速度瞬心解：瞬心数为,K＝ N(N-1)/2＝ 15 K=15
1.作瞬心多边形圆
2.直接观察求瞬心
3.三心定律求瞬心
P12
P46
P36
