武汉理工大学机械设计课件第5章中

1、2.重合度的计算重合度的计算两对齿同时啮合时的法向距离等于基圆齿距两对齿同时啮合时的法向距离等于基圆齿距pb,而任一对而任一对齿轮的啮合点必在线段齿轮的啮合点必在线段AB之间，必须之间，必须AB pb用用重合度表示：重合度表示： =AB/ pb =端面作用弧端面作用弧/齿距齿距1这是齿轮的连续传动条件。这是齿轮的连续传动条件。设计时一般取设计时一般取 1.11.5重合度的计算公式为（不推导）：重合度的计算公式为（不推导）：cos112 . 388. 121zz对直圆柱齿轮对直圆柱齿轮 =00，21112 . 388. 1zz渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动单双齿

2、啮合单双齿啮合1221eses)(2212121zzmrrrramcmhmchhhcaaaf*)(要求：要求：顶隙顶隙:三、齿轮传动的无侧隙啮合及标准中心距三、齿轮传动的无侧隙啮合及标准中心距对标准齿轮传动有对标准齿轮传动有 :s1 = e2 = s2 = e1= m/2即当分度圆与节圆重合时，即当分度圆与节圆重合时，齿侧间隙为零，齿侧间隙为零，这时中心距称标准中心距这时中心距称标准中心距齿侧间隙齿侧间隙 一齿轮节圆上的齿槽宽一齿轮节圆上的齿槽宽与另一齿轮节圆上的齿厚之差与另一齿轮节圆上的齿厚之差渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动当 时， ？aa ,，渐开线标准直

3、齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动,222,111coscos,coscosrrrrrrbbcoscos)(2121arrrrbb,2,121coscos)(arrrrbbcoscos,aaaa ,，若则渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动5-6 渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介一、切齿原理一、切齿原理按切齿原理按切齿原理 仿形法仿形法 范成法范成法1、仿形法仿形法这种方法是用这种方法是用盘状铣刀盘状铣刀或或指状铣刀指状铣刀在普通铣床上将轮坯齿在普通铣床上将轮坯齿槽部分材料逐一铣掉，其铣刀轴向剖面形状和齿轮齿槽的

4、槽部分材料逐一铣掉，其铣刀轴向剖面形状和齿轮齿槽的齿廓形状完全相同。齿廓形状完全相同。盘状铣刀加工盘状铣刀加工，指状铣刀加工指状铣刀加工加工特点：生产率低、加工精度低，但设备简单、刀加工特点：生产率低、加工精度低，但设备简单、刀具价廉，多用于单件修配和小批量生产。具价廉，多用于单件修配和小批量生产。为什么加工精度低？为什么加工精度低？齿廓形状决定于基圆齿廓形状决定于基圆rb = mzcos ，故故m一定，但一定，但z不同，齿形不同，齿形有差异，所以要制造精确，对每一模数于每一种齿数就要准备一有差异，所以要制造精确，对每一模数于每一种齿数就要准备一把铣刀，就是不可能的。实际情况是一把标准铣刀对应

5、于一定模把铣刀，就是不可能的。实际情况是一把标准铣刀对应于一定模数和几种数和几种齿数的齿轮。齿数的齿轮。 2、范成法范成法这种方法是利用一对齿轮互相啮合时其这种方法是利用一对齿轮互相啮合时其轭齿廓互为包络线原理来切齿的。轭齿廓互为包络线原理来切齿的。1）插齿插齿a、范成运动：插刀和轮坯以、范成运动：插刀和轮坯以 i=n刀刀/ n坯坯= z坯坯/ z刀刀恒定传动恒定传动 比回转，它如同齿轮啮合传动一样。比回转，它如同齿轮啮合传动一样。b、切削运动：插刀沿轮坯轴线作往复切削运动。、切削运动：插刀沿轮坯轴线作往复切削运动。c、进给运动：插刀向轮坯中心逐步移动，直至达到规定中心距。、进给运动：插刀向轮

6、坯中心逐步移动，直至达到规定中心距。d、让刀运动：为防止损伤切好、让刀运动：为防止损伤切好的齿面，退刀时有一个让刀运动。的齿面，退刀时有一个让刀运动。同样原理也可用于同样原理也可用于齿条插刀齿条插刀 加工加工渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介二、变位齿轮简介二、变位齿轮简介1、根切现象、根切现象用用范成法范成法加工齿轮时，当刀具的齿顶超过了加工齿轮时，当刀具的齿顶超过了N1点时，因基点时，因基圆内无渐开线，则超过圆内无渐开线，则超过N点的刀刃会在轮齿根部切去已加点的刀刃会在轮齿根部切去已加工好的渐开线齿廓，这种现象称根切现象。工好的渐开线齿廓，这种现象称根切现

7、象。危害：抗弯危害：抗弯 降低齿轮传动的重合度降低齿轮传动的重合度2. 不发生根切现象的不发生根切现象的最小齿数最小齿数N1相对节点相对节点C越高，根切的可能性越小越高，根切的可能性越小N1高，高， rb = mzcos 大，大，Z大不大不根切根切 Zmin= 172) 滚齿滚齿渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介下一张 返回渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介2、变位齿轮、变位齿轮产生根切原因是刀具的齿顶超过了产生根切原因是刀具的齿顶超过了N点，为此将刀具沿径向点，为此将刀具沿径向移至图实线位置，就不会发生根切现象。（这时刀具基

8、准线移至图实线位置，就不会发生根切现象。（这时刀具基准线不与轮坯分度圆相切）。移动的距离称为变位量，以不与轮坯分度圆相切）。移动的距离称为变位量，以xm表示，表示，x变位系数，变位系数，m模数。模数。规定：规定： 刀具移远刀具移远 正变位，正变位，正变位齿轮正变位齿轮 刀具移近刀具移近 负变位，负变位齿轮。负变位，负变位齿轮。标准齿轮与变位齿轮比较：标准齿轮与变位齿轮比较：模数、齿数、分度圆和基圆一样，但齿厚、齿根圆、模数、齿数、分度圆和基圆一样，但齿厚、齿根圆、齿顶圆与标准齿轮不同。齿顶圆与标准齿轮不同。作用作用 避免根切、提高强度避免根切、提高强度渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮简介渐开线齿

9、轮的切齿原理及变位齿轮简介5-7 齿轮传动的损伤形式及计算准则齿轮传动的损伤形式及计算准则一、主要失效形式（五种）一、主要失效形式（五种）1、轮齿折断、轮齿折断疲劳折断（断口情况）疲劳折断（断口情况）有弯曲变应力作用有弯曲变应力作用裂纹裂纹折断折断齿根又有应力集中齿根又有应力集中单齿面工作单齿面工作脉动脉动双齿面工作双齿面工作对称对称过载折断（断口情况）过载折断（断口情况）冲击或短时严重意外过载，冲击或短时严重意外过载，静应力超过极限应力所造成的。静应力超过极限应力所造成的。减轻措施：减轻措施：a、热处理，使齿芯韧性好、热处理，使齿芯韧性好b、正变位、正变位c、减小齿根应力集中、减小齿根应力集

10、中2、齿面点蚀、齿面点蚀点蚀是一种齿面呈麻点状的疲劳损伤点蚀是一种齿面呈麻点状的疲劳损伤轮齿表面有脉动应力轮齿表面有脉动应力疲劳裂纹疲劳裂纹麻点凹麻点凹收敛性点蚀收敛性点蚀载荷不大，工作初期发生，跑合后不再扩展甚至消失。载荷不大，工作初期发生，跑合后不再扩展甚至消失。破坏性点蚀破坏性点蚀载荷足够大，早期点蚀不断扩张和发展载荷足够大，早期点蚀不断扩张和发展危害：强烈的振动和噪声危害：强烈的振动和噪声。齿轮传动的损伤形式及计算准则齿轮传动的损伤形式及计算准则3、齿面磨损、齿面磨损齿面间有较硬的杂质齿面间有较硬的杂质齿面上沿滑动齿面上沿滑动方向有较均匀的条痕。是开式齿轮主方向有较均匀的条痕。是开式齿

11、轮主要失效。磨损后必须换油。要失效。磨损后必须换油。减轻措施：提高硬度及质量、减轻措施：提高硬度及质量、 注意清洁。注意清洁。点蚀一般首先出现在节线附近靠近齿根处原因？点蚀一般首先出现在节线附近靠近齿根处原因？a、节线处相对滑动速度低难于形成油膜；、节线处相对滑动速度低难于形成油膜；b、节线处是单对齿啮合；、节线处是单对齿啮合；软齿面（软齿面（HB350）易发生点蚀；）易发生点蚀；硬齿面（硬齿面（HB350）不易发生点蚀；）不易发生点蚀；开式齿轮，由于磨损快，不会发生点蚀开式齿轮，由于磨损快，不会发生点蚀。减轻措施：提高硬度和润滑油粘度。减轻措施：提高硬度和润滑油粘度。齿轮传动的损伤形式及计算

12、准则齿轮传动的损伤形式及计算准则4、齿面胶合、齿面胶合胶合是相互啮合的轮齿表面在一定的压力下直接接触粘连到胶合是相互啮合的轮齿表面在一定的压力下直接接触粘连到一起，同时伴随齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落现象。一起，同时伴随齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落现象。热胶合热胶合重载高速重载高速摩擦热大，油膜破坏摩擦热大，油膜破坏金属熔焊金属熔焊工作面沿滑动方向有撕裂状沟痕，胶合部有颜色变化（回火）。工作面沿滑动方向有撕裂状沟痕，胶合部有颜色变化（回火）。冷胶合冷胶合重载低速（未经跑合）重载低速（未经跑合）局部压力局部压力很大很大金属粘着金属粘着跑合后会消失。跑合后会消失。齿轮传动的损伤形式及计

13、算准则齿轮传动的损伤形式及计算准则5、齿面的塑性变形、齿面的塑性变形在过大应力作用下，齿面材料因屈服而产生塑变。在过大应力作用下，齿面材料因屈服而产生塑变。主动轮在节线附近产生凹沟；主动轮在节线附近产生凹沟；从动轮在节线附近产生凹棱。从动轮在节线附近产生凹棱。 轮齿折断轮齿折断 硬齿（硬齿（HB350） 闭式闭式 疲劳点蚀疲劳点蚀 软齿（软齿（HB350）闭式）闭式主要失效主要失效 齿面磨损齿面磨损 开式（硬齿、软齿）开式（硬齿、软齿） 齿面胶合齿面胶合 高速重载、低速重载高速重载、低速重载 齿面塑变齿面塑变 软齿软齿小结：小结：齿轮传动的损伤形式及计算准则齿轮传动的损伤形式及计算准则二、计算

14、准则二、计算准则通常只对轮齿折断进行齿根弯曲，疲劳强度计算；对疲通常只对轮齿折断进行齿根弯曲，疲劳强度计算；对疲劳点蚀进行齿面接触疲劳强度计算。劳点蚀进行齿面接触疲劳强度计算。计算准则：计算准则：闭式软齿面闭式软齿面按接触疲劳强度设计按接触疲劳强度设计按弯按弯校核。校核。（一个或一对（一个或一对HB350）闭式硬齿面闭式硬齿面按弯曲疲劳强度设计按弯曲疲劳强度设计按接按接校核。校核。开式齿轮开式齿轮按弯曲疲劳强度设计，用降低许用应力方法按弯曲疲劳强度设计，用降低许用应力方法来考虑磨损影响。来考虑磨损影响。对齿面磨损、塑变无成熟的计算方法。对齿面磨损、塑变无成熟的计算方法。对胶合用于较特别场合。对

15、胶合用于较特别场合。齿轮传动的损伤形式及计算准则齿轮传动的损伤形式及计算准则齿轮传动实例齿轮传动实例齿轮破坏实例一：齿轮破坏实例一： 东方红东方红3333号轮上的齿轮减速器，齿轮为软齿面。其号轮上的齿轮减速器，齿轮为软齿面。其齿面既有点蚀破坏，又有齿轮折断，说明齿轮的破坏不齿面既有点蚀破坏，又有齿轮折断，说明齿轮的破坏不是单独的一种，有时有几种破坏同时存在。又如车辆厂是单独的一种，有时有几种破坏同时存在。又如车辆厂用的起重机旋转机构中的齿轮有胶合和塑性变形同时存用的起重机旋转机构中的齿轮有胶合和塑性变形同时存在。在。齿轮破坏实例二：齿轮破坏实例二： 沙市装卸公司，沙市装卸公司，19761976

16、年设计年设计5t5t浮吊，旋转大齿轮失浮吊，旋转大齿轮失效。第一次轮齿断裂，原因是轮齿材料内有空气泡。第效。第一次轮齿断裂，原因是轮齿材料内有空气泡。第二次由于齿轮椭圆度太大，造成整个轮齿断裂。二次由于齿轮椭圆度太大，造成整个轮齿断裂。齿轮破坏实例三：齿轮破坏实例三： 开式齿轮一般在尘砂较大的场合工作，通常主要开式齿轮一般在尘砂较大的场合工作，通常主要是磨损，而不会出现点蚀，因为当产生裂纹时，早有是磨损，而不会出现点蚀，因为当产生裂纹时，早有磨粒将裂纹磨掉，如水泥机械中的开式传动。但是像磨粒将裂纹磨掉，如水泥机械中的开式传动。但是像武汉标准件厂制造螺栓的开式齿轮传动，它是安放在武汉标准件厂制造

17、螺栓的开式齿轮传动，它是安放在厂房里的，也有油润滑，在这种齿轮上，仍然出现点厂房里的，也有油润滑，在这种齿轮上，仍然出现点蚀破坏，而不磨损。这是因为磨损较少，点蚀破坏仍蚀破坏，而不磨损。这是因为磨损较少，点蚀破坏仍然是主要的。然是主要的。齿轮传动实例齿轮传动实例齿轮传动实例齿轮传动实例设计方法实例：设计方法实例： 设计方法设计方法, ,就好比我们做衣服选衣料，做夏天的衣服就好比我们做衣服选衣料，做夏天的衣服购置夏天的布料，按夏装设计，而做冬天的衣服就购置购置夏天的布料，按夏装设计，而做冬天的衣服就购置冬天的布料，按冬装设计。我们选齿轮材料也是一样，冬天的布料，按冬装设计。我们选齿轮材料也是一样，采用不同的材料其设计方法就不同，如渗碳淬火（硬齿采用不同的材料其设计方法就不同，如渗碳淬火（硬齿面）齿轮与调质处理（软齿面）的齿轮设计方法就不一面）齿轮与调质处理（软齿面）的齿轮设计方法就不一样。样。5-7 齿轮材料及热处理（自学）齿轮材料及热处理（自学）齿轮材料选择实例一：齿轮材料选择实例一： 选材料时要尽量不用合金钢，有些合金元素还要进选材料时要尽量不用合金钢，有些合金元素还要进口，例如过去镍口，例如过去镍(Ni)(Ni)要进口，我们就要用三吨对虾去换要进口，我们就要用三吨对虾去换一吨镍，所以只有在重要场合才用合金钢，