1.常见的失效形式
渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计
机械零件由于 强度,刚度、耐磨性和振动稳定性等因素不
能正常工作时，称为失效。机械零件在变应力作用下引起的破
坏称为 疲劳破坏,机械零件抵抗疲劳破坏的能力称为 疲劳强度 。
齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。其失效形式有,
轮齿折断, 轮齿象一个悬臂梁，受载后
齿根部 产生的弯曲应力最大。当该应力
值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿根处
产生疲劳裂纹，并不断扩展使轮齿断裂。
此外，突然过载、严重磨损及安装制造
误差等也会造成轮齿折断。
提高轮齿抗折断能力的措施,增大齿根圆角半径，消除加工
刀痕以降低齿根应力集中；增大轴及支承物的刚度以减轻局
部过载的程度；对轮齿进行表面处理以提高齿面硬度。
1.常见的失效形式（续）
齿面磨损,灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿面
间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损是
开式传动的主要失效形式。
主要措施,采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙
度；采用清洁的润滑油。
1.常见的失效形式（续）
齿面点蚀,轮齿工作面某一固定点受
到近似脉动的变应力作用，由于疲劳
而产生的麻点状剥蚀损伤的现象。 点
蚀是闭式传动常见的失效形式。 开始
齿轮由于磨损很少出现点蚀。点蚀首
先出现在节线附近。
主要措施,提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑
油粘度；采用合理变位。
1.常见的失效形式（续）
齿面胶合,高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，
润滑油模被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿
表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。
防止胶合的措施,提高齿面硬度；降低齿面粗糙
度；增大润滑油粘度；限制油温。
1.常见的失效形式（续）
塑性变形,重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会
沿摩擦力方向产生塑性变形。
措施,提高齿面硬度；增大润滑油粘度。
主动齿轮齿面所受
摩擦力背离节线，
齿面在节线附近下
凹；从动齿轮齿面
所受摩擦力指向节
线，齿面在节线附
近上凸。
2.设计准则
渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计
对于 闭式齿轮传动, 1）软齿面（ ≤ 350HBS）齿轮
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）硬齿面
（ >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。
对于 开式齿轮传动 中的齿轮，齿面磨损为其主要
失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计
算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大
10%—— 20%，而无需校核接触强度。
齿轮的常用材料
由轮齿的失效分析可知,齿轮材料的基本要求,
齿面硬、齿芯韧
即,
(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。
1,锻钢
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。
齿轮的常用材料
(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加工，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
次敷比大齿轮多，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。
(2)硬齿面齿轮
硬齿面齿轮的齿面硬度大于 350HBS，常用的材料为 中碳
钢或中碳合金钢 经 表面淬火 处理。
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
低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。
当尺寸大于 500mmm时可制咸大齿圈，或制成轮
辐式齿轮。
齿轮的常用材料
齿轮的常用材料
直齿圆柱齿轮传动设计
1.轮齿的受力分析
轮齿的载荷计, Fnc=KFn K为载荷
系数，参考表选取。
直齿圆柱齿轮传动设计
2.齿面接触疲劳强度计算
i—— 传动比,i=z2/z1>1；
T1—— 小齿轮所传递的转矩 (N.mm)；
K—— 载荷系数，见表；
a—— 中心距 (mm)；
ψa—— 齿宽系数；
[σH]—— 齿轮材料许用接触应力 (MPa)
直齿圆柱齿轮传动设计
3.齿根弯曲疲劳强度计算
4.参数选择
参见 P180
齿轮的结构设计
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,
1.齿轮轴,
X < 2.5 mn
齿轮的结构设计
2.实心齿轮
当齿轮的齿顶圆直径 d a≤200mm 时，
可采用实体式结构。这种结构型式的
齿轮常用锻钢制造。
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。
渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计
机械零件由于 强度,刚度、耐磨性和振动稳定性等因素不
能正常工作时，称为失效。机械零件在变应力作用下引起的破
坏称为 疲劳破坏,机械零件抵抗疲劳破坏的能力称为 疲劳强度 。
齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。其失效形式有,
轮齿折断, 轮齿象一个悬臂梁，受载后
齿根部 产生的弯曲应力最大。当该应力
值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿根处
产生疲劳裂纹，并不断扩展使轮齿断裂。
此外，突然过载、严重磨损及安装制造
误差等也会造成轮齿折断。
提高轮齿抗折断能力的措施,增大齿根圆角半径，消除加工
刀痕以降低齿根应力集中；增大轴及支承物的刚度以减轻局
部过载的程度；对轮齿进行表面处理以提高齿面硬度。
1.常见的失效形式（续）
齿面磨损,灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿面
间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损是
开式传动的主要失效形式。
主要措施,采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙
度；采用清洁的润滑油。
1.常见的失效形式（续）
齿面点蚀,轮齿工作面某一固定点受
到近似脉动的变应力作用，由于疲劳
而产生的麻点状剥蚀损伤的现象。 点
蚀是闭式传动常见的失效形式。 开始
齿轮由于磨损很少出现点蚀。点蚀首
先出现在节线附近。
主要措施,提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑
油粘度；采用合理变位。
1.常见的失效形式（续）
齿面胶合,高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，
润滑油模被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿
表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。
防止胶合的措施,提高齿面硬度；降低齿面粗糙
度；增大润滑油粘度；限制油温。
1.常见的失效形式（续）
塑性变形,重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会
沿摩擦力方向产生塑性变形。
措施,提高齿面硬度；增大润滑油粘度。
主动齿轮齿面所受
摩擦力背离节线，
齿面在节线附近下
凹；从动齿轮齿面
所受摩擦力指向节
线，齿面在节线附
近上凸。
2.设计准则
渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计
对于 闭式齿轮传动, 1）软齿面（ ≤ 350HBS）齿轮
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）硬齿面
（ >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。
对于 开式齿轮传动 中的齿轮，齿面磨损为其主要
失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计
算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大
10%—— 20%，而无需校核接触强度。
齿轮的常用材料
由轮齿的失效分析可知,齿轮材料的基本要求,
齿面硬、齿芯韧
即,
(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。
1,锻钢
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。
齿轮的常用材料
(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加工，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
次敷比大齿轮多，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。
(2)硬齿面齿轮
硬齿面齿轮的齿面硬度大于 350HBS，常用的材料为 中碳
钢或中碳合金钢 经 表面淬火 处理。
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
低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。
当尺寸大于 500mmm时可制咸大齿圈，或制成轮
辐式齿轮。
齿轮的常用材料
齿轮的常用材料
直齿圆柱齿轮传动设计
1.轮齿的受力分析
轮齿的载荷计, Fnc=KFn K为载荷
系数，参考表选取。
直齿圆柱齿轮传动设计
2.齿面接触疲劳强度计算
i—— 传动比,i=z2/z1>1；
T1—— 小齿轮所传递的转矩 (N.mm)；
K—— 载荷系数，见表；
a—— 中心距 (mm)；
ψa—— 齿宽系数；
[σH]—— 齿轮材料许用接触应力 (MPa)
直齿圆柱齿轮传动设计
3.齿根弯曲疲劳强度计算
4.参数选择
参见 P180
齿轮的结构设计
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,
1.齿轮轴,
X < 2.5 mn
齿轮的结构设计
2.实心齿轮
当齿轮的齿顶圆直径 d a≤200mm 时，
可采用实体式结构。这种结构型式的
齿轮常用锻钢制造。
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。
