课 时 授 课 计 划 第 52次课 【教学课题】§10-1 齿轮传动的失效形式和计算准则 §10-2 齿轮的材料及热处理 §10-3 齿轮传动的精度 【教学目的】：掌握齿轮传动的失效形式及计算准则。 【教学重点及处理方法】：齿轮传动的失效形式及计算准则。 处理方法： 详细讲解 【教学难点及处理方法】：计算准则 处理方法： 比较讲解 【教学方法】: 讲授法 【教具】：三角板 【时间分配】： 引入新课 5min 新课 80 min 小结、作业 5min 第52次课 【提示启发 引出新课】 齿轮传动要求运转平稳且有足够的承载能力。在设计齿轮传动时，要根据工作要求，选定齿轮材料、齿面硬度及精度等级，计算轮齿承受的载荷与转速的大小。进而判断齿轮的失效形式，确定计算准则，进行强度的计算，确定传动参数和结构。 【新课内容】 §10-1 齿轮传动的失效形式和计算准则 一 齿轮传动的失效形式 轮齿折断 机理：齿根的弯曲应力及应力集中，在多次的重复作用下，齿根圆角处会产生裂纹，裂纹扩展导致疲劳折断。当轮齿受到过载或冲击载荷时会发生过载折断。 发生部位：齿根。 防止措施：增大齿根圆角半径，提高齿面硬度，降低表面粗糙度。 疲劳点蚀 发生场合：润滑良好的闭式齿轮传动。 机理：齿面的交变接触应力 的多次的重复作用下，齿面节线附近会产生裂纹，裂纹中的润滑油在压力的作用下形成大的油压，加速裂纹扩展导致表面贝壳状的小片剥落。 发生部位：节线附近。 防止措施：提高齿面硬度，降低表面粗糙度，增大润滑油粘度，采用合理的变位。 3 齿面胶合 发生场合：高速重载。 机理：由于齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑效果差，导致金属的直接粘连，当齿面作相对运动时，粘住的地方被撕破，从而在齿面上形成大面积的伤痕。 发生部位：整个齿面。 防止措施：提高齿面硬度，降低表面粗糙度，采用抗胶合能力强的润滑油和抗胶合性能好的齿轮副材料，采用合理的变位。 4 磨粒磨损 发生场合：开式。 机理：由于外界的硬颗粒进入啮合工作面，导致磨粒磨损。 防止措施：采用闭式传动及润滑油的清洁和更换。 5 塑性变形 发生场合：低速重载。 机理：齿面较软的轮齿，载荷和摩擦力有很大时，在啮合过程中，齿面表层的材料就容易沿着摩擦力的方向产生塑性变形。 发生部位：节线附近。 防止措施：提高齿面硬度，增大润滑油粘度。 二 齿轮传动的设计准则 闭式齿轮传动： 通常以保证齿面接触疲劳强度为主。 对于齿面硬度很高，齿心强度较低的齿轮，则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。 若两轮均为硬齿面，且硬度基本相同时，可视情况而定。 开式齿轮传动： 主要失效形式是齿面磨粒磨损和轮齿弯曲疲劳折断，通常只进行弯曲面疲劳强度计算。 为补偿轮齿因磨损而产生的影响，可考虑适当加大模数。 齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位不进行强度计算。 §10-2 齿轮的材料及热处理 一、常用的齿轮材料 1、钢 1）锻钢 软齿面齿轮（HBS≤350）硬齿面齿轮（HBS>350） （2）铸钢 2、铸铁 灰铸铁：价格低廉，铸造性能、加工性能、减摩性能、抗点蚀和抗胶合性能均较好，但抗弯强度、耐冲击性和耐磨损性能较差，有自润滑作用，常用于轻载、低速、工作平稳的场合。 球墨铸铁：有较高的力学性能，有时可用来替代铸钢。 3、非金属材料 一般用于高速、轻载的齿轮传动。它可以明显降低噪声。 二、钢及其热处理 表面淬火：一般用于中碳钢和中碳合金钢，齿面硬度可达52～56HRC，接触强度高，耐磨性好，能承受一定的冲击载荷。 渗碳淬火：一般用于低碳钢和低碳合金钢，齿面硬度可达56～62HRC，接触强度高，耐磨性好，能承受冲击载荷。 调质：一般用于中碳钢和中碳合金钢，齿面硬度可达220～260HBS，用于机械强度要求较高而齿面硬度要求不高的场合。 正火：能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能，对机械强度要求不高的齿轮可用正火处理。 渗氮：是一种化学热处理，渗氮后不再进行其它热处理，齿面硬度可达60～62HRC，齿变形小，用于难于磨齿的场合。 §10-3 齿轮传动的精度 在国标GB10095-88和GB11365-89中，分别对圆柱齿轮和锥齿轮规定有12个精度等级，1级最高，12级最低，并根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性的要求不同，将每个精度等级的公差分成三组。 精度等级 圆周速度（v/m·s-1） 应用   直齿圆柱齿轮 斜齿圆柱齿轮 直齿锥齿轮   6高精度 ≤15 ≤30 ≤9 高速重载下工作的齿轮  7精密 ≤10 ≤20 ≤6 高速中载或中速重载下工作的齿轮  8中等精度 ≤5 ≤9 ≤3 一般机械中的齿轮  9低精度 ≤3 ≤6 ≤2.5 低速重载下工作的齿轮   【小结】：齿轮传动的失效形式及计算准则的选择。 【作业】：预习下一节。 【后记】： 课 时 授 课 计 划 第 53 次课 【教学课题】§10-4 齿轮传动的作用力及计算载荷 【教学目的】：掌握齿轮传动的作用力及计算载荷 【教学重点及处理方法】：齿轮传动的作用力及计算载荷 处理方法： 详细讲解 【教学难点及处理方法】： 力的方向 处理方法： 分析讲解 【教学方法】: 讲授法 【教具】：三角板 【时间分配】： 引入新课 5min 新课 80 min 小结、作业 5min 第 53 次课 【提示启发 引出新课】 齿轮传动要求运转平稳且有足够的承载能力。在设计齿轮传动时，要根据工作要求，选定齿轮材料、齿面硬度及精度等级，计算轮齿承受的载荷与转速的大小。进而判断齿轮的失效形式，确定计算准则，进行强度的计算，确定传动参数和结构。 【新课内容】 §10-4齿轮传动的作用力及计算载荷 一 轮齿上的作用力 下图，法向力可以分解成圆周力和径向力。  圆周力： 主动轮上与线速度方向相反，从动轮上与线速度方向相同。 径向力： 方向指向各自的轮心。 因为两齿轮的轴线平行,所以 Fn2=-Fn1 Fr2=-Fr1 Ft2=-Ft1 式中：T1—小齿轮传递的转矩（Nmm） d1—小齿轮的分度圆直径（mm） α--分度圆压力角α=20° 设计时，通常已知小齿轮传递的功率P1（KW）及其转速n1（r/min），故小齿轮传递的转矩T1=9.55×106P1/n1 二 计算载荷  (1)内部因素引起Fn沿齿宽b载荷集中 (2)外部因素引起附加动载荷. 式中： ：使用系数，考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。它与原动机与工作机的类型与特性，联轴器类型等有关 ：动载系数，考虑齿轮制造精度、运转速度对轮齿内部附加动载荷影响的系数。 ：齿间载荷分配系数，考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀影响的系数。Kα分为KHα（按齿面接触疲劳强度计算时用的齿间载荷分配系数）与KFα （按齿根变曲疲劳强度计算时用的齿间载荷分配系数） ：齿向载荷分配系数，考虑沿齿宽方向载荷分配不均匀影响的系数。K β分为KHβ（按齿面接触疲劳强度计算时用的系数）与KFβ（按齿根变曲疲劳强度计算时用的系数） 【小结】：齿轮传动的作用力的计算。 【作业】：2 【后记】：