机械基础课件：链传动与齿轮传动

7.1链传动7.2齿轮传动概述7.3渐开线齿轮7.4直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算7.5其他常用齿轮及其传动简介7.6齿轮的加工、结构及材料7.7齿轮的失效形式7.8蜗杆传动思考题

7.1.1链传动及其传动比

如图7-1所示，链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点：与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率较高；传递功率大，承载能力强，相同工况下的传动

尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、多尘、潮湿、有污染等恶劣环境中工作。7.1链传动链传动的主要缺点是：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。

因此，链传动多用在不宜采用带传动与齿轮传动，而两轴平行，且距离较远、功率较大、平均传动比准确的场合。图7-1链传动

看一看：对照上述描述，观察自行车上的链传动是否具有以上优、缺点。

设在某链传动中，主动链轮的齿数为z1，从动链轮的齿数为z2，主动链轮每转过一个齿，链条移动一个链节，从动链轮被链条带动转过一个齿。当主动链轮的转速为n1、从

动链轮的转速为n2

时，单位时间内主动链轮转过的齿数z1·n1与从动链轮转过的齿数z2·n2

相等，即

z1·n1=z2·n2

或

得链传动的传动比：

上式说明：链传动的传动比就是主动链轮的转速n1与从动链轮的转速n2之比值，也等于两链轮齿数z1和z2的反比。想一想：为什么自行车中链传动的主动链轮直径会大于从动链轮?

7.1.2链传动的主要类型

按用途来分，链条可分为如下四大类：

(1)传动链：

用于一般机械传动，传递运动和动力。主要有套筒滚子链和齿形链两种。

(2)输送链：

在各种输送装置和机械化装卸设备中，用以输送物品。图7-2所示为输送链在运输机械中的运用实例。图7-2链传动在运输机械中的应用(a)缆车；(b)升降机

(3)起重链：

主要用在各种起重机械中，用以提升重物。

(4)专用特种链：

如不锈钢链、镀镍链、无级变速链等，用于特殊场合。

议一议：你在哪些场合见过链传动，它们分别属于哪种链？7.1.3传动链

传动链的种类繁多，最常用的是套筒滚子链和齿形链两种。

1.套筒滚子链

套筒滚子链的结构如图7-3所示，它由内链板1、外链板2、销轴3、套筒4和滚子5组成。内链板与套筒、外链板与销轴各用过盈配合连接。轴销与套筒，滚子与套筒之间都是用间隙配合连接的，以形成转动。当链与链轮啮合时，滚子与轮齿之间是滚动摩擦。若受力不大而速度较低时，也可不要滚子，这种链叫套筒链。承受较大功率时，也可采用多排链，如图7-4所示。但为了避免受力不匀，一般多采用两排、三排、最多四排链。图7-3套筒滚子链结构图7-4双排套筒滚子链结构套筒滚子链接头有三种形式，如图7-5所示，当链节为偶数时，可采用开口销或弹性锁片进行连接；当链节为奇数时，可采用过渡链节进行连接。图7-5滚子链的连接形式(a)开口销；(b)弹性锁片；(c)过渡链节

2.齿形链

如图7-6所示，齿形链是由多片相同的链片交错叠合并用销钉连接而成，导板的作用是防止链从链轮的侧面滑落。图7-6齿形链(a)齿形链的啮合；(b)齿形链的结构7.1.4链轮的结构与材料

链轮的结构如图7-7所示。小直径的链轮可制成实心式(见图7-7(a))；中等直径的链轮可制成孔板式(见图7-7(b))；直径较大的链轮可制成组合式(见图7-7(c))，轮齿磨损后可更换齿圈。图7-7链轮的结构

链传动工作时，链与链轮轮齿之间有冲击和摩擦，故轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，且齿面需经热处理。小链轮轮齿的啮合次数比大链轮多，故其材料可优于大链轮。常用的链轮材料有碳钢，如45钢、50钢等，淬火后齿面硬度为40~50HRC。

7.1.5链传动的应用

链传动对各种恶劣工作条件适应性较强，并且结构简单，工作可靠，成本较低，因此在机械制造业中的应用很广。传动链经常使用的范围是：传动功率P≤100kW,传动比i≤8，链速度v≤15m/s。7.2.1齿轮传动的特点

齿轮传动是应用最广的机械传动形式之一，它的主要优点如下：①结构紧凑，传递的速度和功率范围广；②传动效率较高，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率最高，一般η＝0.94~0.99；③传动比稳定；④寿命长且工作可靠；⑤可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。

因为齿轮传动有以上优点，所以它获得了非常广泛的应用。但齿轮传动也有缺点，如对制造和安装的精度要求高，成本高，不适合两轴间距离较远的传动等。7.2齿轮传动概述7.2.2齿轮传动的常用类型

齿轮传动的种类很多，可以按不同方法进行分类。

(1)根据齿轮副两传动轴的相对位置不同，可分为平行轴齿轮传动(见图7-8)、相交轴齿轮传动(见图7-9)和交错轴齿轮传动(见图7-10)三种。平行轴齿轮传动属平面传动，相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动属空间传动。

(2)根据齿轮分度曲面的不同，可分为圆柱齿轮传动和锥齿轮传动。

(3)根据齿线形状的不同，可分为直齿齿轮传动、斜齿齿轮传动和曲线齿齿轮传动。图7-8平行轴齿轮传动(a)直齿轮副；(b)平行轴斜齿轮副；(c)人字齿轮副；(d)内啮合直齿轮副；(e)齿轮齿条副图7-9相交轴齿轮传动(a)直齿锥齿轮副；(b)斜齿锥齿轮副；(c)曲线齿锥齿轮副图7-10交错轴齿轮传动(a)交错轴斜齿轮副；(b)准双曲面齿轮副；(c)蜗杆副

比一比：图7-8、图7-9和图7-10中的各种齿轮副分别属于哪一类齿轮传动?

(4)根据齿轮传动的工作条件不同，可分为闭式齿轮传动和开式齿轮传动。前者齿轮副封闭在刚性箱体内，并能保证良好的润滑。后者齿轮副外露，易受灰尘及有害物质侵袭，且不能保证良好的润滑。

(5)根据轮齿齿廓曲线的不同，可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动等，其中渐开线齿轮传动应用最广。7.2.3齿轮传动的传动比

齿轮传动是靠均布于圆周上的轮齿逐对接触来传递运动和动力的，所以称为啮合传动。一对啮合齿轮中，设主动轮齿数为z1，转速为n1，从动轮齿数为z2，转速为n2，其传动比为i=。

由此可见，传动比i就是主动轮与从动轮转速(角速度)之比，与其齿数成反比。

齿轮副的传动比不宜过大，否则会使结构尺寸过大，不利于制造和安装。通常圆柱齿轮副的传动比i≤8，圆锥齿轮副的传动比i≤5。7.2.4齿轮传动的基本要求

从传递运动和动力两个方面来考虑，齿轮传动应满足下面两个基本要求：

(1)传动要平稳，

即在传动过程中，要求每一瞬间的传动比稳定不变，以免产生冲击、振动和噪声。

(2)承载能力强，

即要求齿轮抵抗破坏的能力强，工作寿命长。

要满足上述要求，可以应用摆线、圆弧和渐开线等作齿形。目前，摆线齿形多用于钟表、某些仪器等，圆弧齿形多用于重型机械，但用得最多的是渐开线齿形。图7-11为一对啮合的齿轮。设主动轮轮齿1推动从动轮轮齿2运转，其受力方向是沿二轮齿接触点(或叫啮合点)

P作公法线指向轮齿2。这时，轮齿在啮合点P的运动方向是沿P点垂直于两齿轮中心连线的方向，这个受力方向与运动方向所夹的锐角α叫啮合角。

以两齿轮中心O1、O2为圆心，过两齿轮啮合点(也叫节点)P所作的两个相切的圆叫做两齿轮的节圆。7.3渐开线齿轮图7-11实际齿轮啮合齿轮传动就相当于两个节圆在做纯滚动。

渐开线是一条特殊的曲线，是由一条动直线沿着一个固定的圆(基圆)作纯滚动时，此动直线上某一点的运动轨迹。渐开线齿轮的齿廓就是由两条同一个基圆上的反向渐开线形成的。

1.渐开线齿轮啮合特性

1)恒定的传动比

通过对两齿轮啮合过程进行研究，可以得出结论：两渐开线齿轮瞬时传动比的大小取决于基圆的大小，由于基圆尺寸在齿轮制造时已经确定，因此传动比的大小也就保持不变，即能保持恒定的传动比。

2)传动的可分离性

由于瞬时传动比与基圆半径成反比，基圆半径不变，瞬时传动比同样不变。虽然由于制造和安装误差，实际啮合齿轮的中心距与标准中心距往往并不一致，但不影响传动比的大小。

这个性质称为传动的可分离性，该特性为齿轮的制造和安装带来了方便。

3)齿廓间的相对滑动

齿轮副啮合传动时，在节点P处两轮的线速度相等，但在节点以外的其他任一位置啮合时，主动齿轮的速度v1与从动齿轮的速度v2的大小与方向均不相同。因此，传动中齿廓之间存在相对滑动，且啮合点离节点P越远，齿廓间相对滑动速度越大。在传动力的作用下，这种滑动必然引起齿轮的磨损。

2.正确啮合的条件

从理论上讲，两齿轮在啮合线上齿距相等时才能啮合，如图7-12所示。从渐开线的特点，两齿轮的模数和压力角必须相等，这样才能互不干涉，平稳传动。图7-12齿轮正确啮合条件

3.连续传动的条件

一对啮合齿轮传动时，只有当前一对轮齿终止啮合之前，后一对轮齿就已经啮合，就是说在任何瞬间都有一对以上轮齿啮合才能保证连续传动，否则就会产生间歇运动或发生冲击。标准渐开线齿轮一般都能满足这个条件，其中斜齿啮合的对数更多，传动更平稳。7.4.1直齿圆柱齿轮的基本参数

齿数、压力角和模数是齿轮几何尺寸计算的主要参数和依据。

1.齿数z

齿轮的齿数是齿轮的最基本参数之一。当模数一定时，齿数愈多，齿轮的几何尺寸愈大。7.4直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算

2.压力角α

压力角是物体运动方向与受力方向所夹的锐角。齿轮在工作时，齿廓任一点的受力方向在不计摩擦力时应是该点与基圆相切的齿廓法线方向，而运动方向则是基圆中心与该点连线的垂直方向。通常所说的压力角是指分度圆上的压力角。压力角不同，轮齿的形状也不同，压力角小，齿轮工作比较省力，但齿根强度低，见图7-13(a)；压力角大，齿根强度高，但齿轮工作比较费力,见图7-13(c)。压力角已标准化，我国规定标准压力角是20°。图7-13压力角对齿形的影响

3.模数m

如图7-14所示，设分度圆直径为d(半径为r)，相邻两轮齿同侧渐开线在分度圆上的弧长为齿距p，则分度圆周长πd=zp，可得。图7-14齿轮组成部分图7-15不同模数轮齿大小比较图这个计算式中包含无理数π，测量、计算都很不方便。所以，人为地规定=m，m即为齿轮的模数，则

d＝zm

或

m=

模数直接影响齿轮的大小、轮齿齿形和强度的大小。对于相同齿数的齿轮，模数愈大，齿轮的几何尺寸愈大，轮齿也大，因此承载能力也愈大，如图7-15所示。

国家对模数值规定了标准模数系列，如表7-1所示。表7-1标准模数系列表(CB1357—87)7.4.2直齿圆柱齿轮的几何要素

直齿圆柱齿轮几何要素的名称和代号见图7-16。

1.分度圆

圆柱齿轮的分度曲面称为分度圆柱面。分度曲面是齿轮上的一个假想曲面，齿轮的轮齿尺寸均以此曲面为基准而加以确定。圆柱齿轮的分度圆柱面与端平面的交线称为分度圆。分度圆直径代号为d，半径用r表示，计算公式为

d=mz

把在分度圆直径上的压力角和模数都取标准值，且端面齿厚(齿厚)和端面齿槽宽(槽宽)相等的齿轮称为标准齿轮。图7-16直齿圆柱齿轮几何要素的名称和代号

2.齿距

在齿轮上，两个相邻而同侧的端面齿廓之间的分度圆弧长称为端面齿距，简称为齿距，并用p表示。计算公式为

p

＝πm

3.齿厚

在圆柱齿轮的端平面上，一个齿的两侧端面齿廓之间的分度圆弧长称为端面齿厚，简称齿厚，并用s表示。对于标准齿轮，计算公式为

4.槽宽

齿轮上两相邻轮齿之间的空间叫做齿槽。在端平面上，一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长称为端面齿槽宽，简称槽宽，并用e表示。对于标准齿轮，计算公式为

5.齿顶高

齿顶圆与分度圆之间的径向距离为齿顶高，用ha表示。为了使轮齿的齿形匀称，齿顶高和模数按一定的系数成正比关系，计算公式为

ha＝hh*m

式中：hh*——齿顶高系数，对于正常标准齿轮，hh*=1；对于短齿标准齿轮，hh*＝0.8。

6.齿根高和顶隙

齿根圆与分度圆之间的径向距离称为齿根高，用hf表示。为了使两齿轮在啮合传动时，避免一齿轮的齿顶与另一齿轮齿槽的底部接触，在齿顶与齿槽底部留有一定的间隙。即在齿轮副中，一个齿轮的齿根圆柱面与啮合齿轮的齿顶圆柱面之间在连心线上量度的距离称为顶隙，并用c表示，如图7-17所示，计算公式为

c=c*m

hf=ha+c=(ha*+c*)m

式中：c*——顶隙系数，对于正常标准齿轮c*=0.25；短齿标准齿轮c*=0.3。图7-17齿轮啮合的顶隙

7.全齿高

齿顶圆和齿根圆之间的径向距离称为全齿高，并用h表示，计算公式为

h=ha+hf=2.25m

8.齿顶圆

在圆柱齿轮上，齿顶圆柱面与端平面的交线称为齿顶圆，其直径称为齿顶圆直径，并用da表示，半径用ra表示。正常标准齿轮计算公式

da＝d+2ha=m(z+2)

9.齿根圆

在圆柱齿轮上，齿根圆柱面与端平面的交线称为齿根圆，其直径称为根圆直径，并用df表示，半径用rf表示。正常标准齿轮计算公式为

df=d-2hf=m(z-2.5)

10.齿宽

齿轮的有齿部位沿分度圆柱面的直母线方向量度的宽度称为齿宽，用b表示。一般齿宽计算公式为

b=(6~12)m，常取b=10m

11.中心距

标准齿轮平行轴或交错轴齿轮副两轴线之间的最短距离称为中心距，用a表示。计算公式为

例已知一个标准直齿圆柱齿轮，其齿顶圆直径da=224mm，齿数z=30，求模数m、齿厚s、分度圆直径d、齿根圆直径df、全齿高h。

解根据da＝m(z+2)=224mm，得

模数：m=

=7mm

齿厚:

s=

=10.99mm

分度圆直径:d=zm=30×7=210mm

齿根圆直径:

df=(z-2.5)m=27.5×7=192.5mm

全齿高:h=2.25m=15.75mm

练一练：相啮合的一对标准直齿圆柱齿轮(压力角α=20°，齿顶高系数ha*=1,顶隙系数c*=0.25)，齿数z1=20,z2=60，模数m=4mm，试根据上述计算公式分别计算两齿轮的传动比i、分度圆直径d、顶圆直径da、根圆直径df、齿厚s、槽宽e、齿顶高ha、齿根高hf、全齿高h和中心距a。7.4.3内齿轮

当两轴平行、两轮转向相同时，为使结构紧凑，可采用内齿轮传动。如图7-18所示，大齿轮为内齿轮，与其啮合的小齿轮是外齿轮。由于内齿轮的轮齿分布在空心圆柱体的

表面上，因此它与外齿轮相比而言有下列几个不同点：图7-18内齿轮传动

(1)内齿轮的齿厚相当于外齿轮的槽宽，内齿轮的槽宽相当于外齿轮的齿厚。内齿轮的齿廓也是渐开线，但内齿轮的形状与外齿轮不同，外齿轮的齿廓是外凸的，而内齿轮的齿廓是内凹的。

(2)内齿轮的齿顶圆在它的分度圆之内，齿根圆在它的分度圆之外。

(3)为了使内齿轮的齿顶两侧齿廓全部为渐开线，故齿顶圆应大于它的基圆。7.5.1斜齿圆柱齿轮及其传动

1.斜齿圆柱齿轮

齿线为螺旋线的圆柱齿轮称为斜齿圆柱齿轮，简称斜齿轮。

斜齿轮上的基圆螺旋角用βb表示。用渐开螺旋面作为齿面的圆柱齿轮即为渐开线圆柱齿轮。βb=0时，为直齿圆柱齿轮；βb≠0时，则为斜齿圆柱齿轮。7.5其他常用齿轮及其传动简介图7-19齿轮传动接触线(a)直齿轮传动；(b)斜齿轮传动

2.斜齿圆柱齿轮传动的特点

斜齿圆柱齿轮传动和直齿圆柱齿轮传动一样，仅限于传递两平行轴之间的运动。直齿圆柱齿轮传动过程中，齿面总是沿平行于齿轮轴线的直线接触，如图7-19(a)所示。

这样齿轮的啮合就是沿整个齿宽同时接触、同时分离，要求齿轮精度很高。斜齿圆柱齿轮的齿面接触线是由齿轮一端齿顶开始，逐渐由短而长，再由长而短，至另一端齿根为止，如图7-19(b)所示。同样，其载荷的分配也是由小而大，由大而小，同时啮合的齿数较多。图7-20斜齿产生轴向力斜齿轮传动与直齿轮传动比较，具有如下特点：

(1)传动平稳，冲击、噪声和振动小，所以适于高速传动。

(2)承载能力强，适于重载情况下工作。

(3)使用寿命长。

(4)不能作变速滑移齿轮使用。

(5)传动时产生轴向力，如图7-20所示。

3.标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件

(1)两齿轮的法向模数相等。

(2)两齿轮的法向压力角相等。

(3)两齿轮的螺旋角相等，外啮合齿轮的旋向相反，内啮合齿轮的旋向相同。7.5.2直齿圆锥齿轮传动

1.概述

圆锥齿轮用于传递两相交轴间的运动和动力，圆锥齿轮的轮齿分布在截锥体的锥面上，如图7-21所示，其轮齿从大端向小端逐渐变小，为了便于测量和估计机构的外形尺寸，规定以大端的参数为标准。因直齿锥齿轮的加工、测量和安装比较简便，生产成本低廉，故应用最为广泛。锥齿轮两轴交角Φ可根据需要确定，一般机械中多采用Φ=90°的传动。圆锥齿轮传动一般用于轻载、低速场合。图7-21圆锥齿轮传动2.直齿锥齿轮的正确啮合条件

(1)两齿轮的大端端面模数相等。

(2)两齿轮的大端压力角相等。7.5.3齿轮齿条传动

1.齿条

一个平板或直杆，当其具有一系列等距离分布的齿时，就称为齿条。齿条分为直齿条和斜齿条。直齿条的齿线是垂直于齿的运动方向的直线；斜齿条的齿线是倾斜于齿的运动方向的直线。

齿条可视为齿数z趋于无穷大的圆柱齿轮。当一个圆柱齿轮的齿数无限增加时，其分度圆、齿顶圆、齿根圆成为互相平行的直线，分别称为分度线、齿顶线、齿根线，这时渐开线齿廓变成直线齿廓，圆柱齿轮成为齿条。齿条的基本齿廓如图7-22所示。图7-22渐开线齿条的基本齿廓

2.齿条的特点

(1)由于齿条的齿廓是直线，传动时，齿条作直线运动，因此齿廓上各点的速度大小及方向均一致。齿廓上各点的齿形角均相等，且等于齿廓直线的倾斜角，均为标准值α=20°。

(2)由于齿条上各齿的同侧齿廓是平行的，因此不论在分度线(即基本齿廓的基准线)上、齿顶线上，还是在与分度线平行的其他直线上，齿距均相等，即p＝πm。齿条各部分的尺寸计算可按外啮合圆柱齿轮的有关计算公式进行。7.6.1齿轮轮齿的加工方法

齿轮轮齿的加工方法很多，除冲压、铸造、轧制、粉末冶金等方法外，常用的方法为切削加工。切削加工根据齿形形成的原理不同，可以分为仿型法和展成法两类。

7.6齿轮的加工、结构及材料

1.仿型法

仿型法(又称成型法)是利用与齿廓曲线相同的成型刀具在机床上直接切除齿槽加工出齿形的加工方法。通常在普通铣床上用盘状或指状铣刀，辅以分度头进行加工。图7-23(a)为在卧式铣床上用盘状铣刀进行铣齿，图7-23(b)为在立式铣床上用指状铣刀进行铣齿。由于铣齿是逐齿进行加工的，每铣完一个齿槽后，须转动分度头将齿坯转过一个齿，生产效率低，且分度的累积误差大，加工后的齿轮精度不高，因此，铣齿加工主要用于单件修配。图7-23仿型法铣削齿轮

2.展成法

展成法是利用齿轮的啮合原理来进行轮齿加工的方法。常用的加工方法有滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等。图7-24(a)为用齿轮滚刀滚制齿轮轮齿。齿轮滚刀为齿条形刀具，其轴平面的齿廓形状与齿条相同，齿轮滚刀与被加工齿坯作齿轮齿条的啮合运动，并使滚刀沿齿

坯轴线方向进给，从而切出齿形。图7-24(b)为用齿轮插刀(插齿刀)插制齿轮轮齿。插齿刀为齿轮形刀具，由机床保证插齿刀与齿坯作齿轮啮合运动，同时插齿刀不断沿齿坯轴线方向进行往复切削运动，使齿坯被切制成与插齿刀具相啮合的齿轮。图7-24展成法加工齿轮用展成法加工齿轮，具有相同模数和齿形角而齿数不同的齿轮，可以使用同一把刀具加工，且齿轮加工精度与生产效率均较高，但必须在专用的齿轮加工机床(如滚齿机、插齿机、剃齿机等)上加工。展成法加工主要用于成批、大量生产。7.6.2齿轮材料的选择

齿轮材料的选择一般遵循以下四条原则：

(1)一般齿轮选择多采用锻钢；尺寸大且结构比较复杂的齿轮多采用铸钢或球墨铸铁；开式装置中不重要的低速齿轮可采用铸铁，常用材料参见表7-2。表7-2齿轮常用材料表

(2)配对齿轮、小齿轮的受力及磨损较大，所以对其硬度要求高于大齿轮20~50HBS。

(3)一般中、低速齿轮可采用45钢、45Mn2等，并调质后加工使用，齿面硬度HBS<350。

(4)一般中、高速的重载齿轮，齿面硬度HBS>350，可用中碳钢、中碳合金钢经调质，表面淬火；或低碳钢、低碳合金钢经渗碳、淬火、低温回火。最终热处理可在加工后进行，为消除热处理变形还可以进行磨齿。7.6.3齿轮的结构

根据齿轮传动的强度计算，确定了分度圆、齿顶圆、齿根圆、齿宽等主要尺寸以后，还需进一步确定轮辐和轮毂等结构的形式和尺寸。通常是按齿轮直径的大小，先选择合适的结构，再根据推荐的经验数据进行尺寸计算。图7-25轴齿轮齿轮的结构有以下几种。

1.轴齿轮

对于直径较小的钢质圆柱齿轮，当齿根圆到键槽底部的距离x≤25mt(mt为端面模数)或齿顶圆直径da<2dh(dh为轴径)，将齿轮与轴做成一体，称为轴齿轮(见图7-25)，此时，齿轮与轴由同一材料制造。

2.实心式或腹板式齿轮

齿轮的齿顶圆直径da≤500mm的齿轮可以是锻造的或铸造的。当齿顶直径da≤200mm时，做成实心式的结构(见图7-26)。一般200mm≤da≤500mm的齿轮应做成腹板式结构(见图7-27)，腹板上开孔的结构尺寸大小视需要而定。图7-26实心齿轮图7-27腹板式齿轮

3.轮辐式齿轮

齿轮的齿顶圆直径da＞500mm时，由于受锻造设备能力的限制，常做成轮辐式的结构(见图7-28)。这类齿轮用铸钢或铸铁制造，辐条呈放射状，其横截面有椭圆形、T字形、十字形及工字形等，按载荷的大小选用。图7-28轮辐式齿轮

4.其他形式的齿轮

对于尺寸特大的齿轮，为了节约价格贵重的材料，可以做成套装式的结构。对于单件或小批生产的大型齿轮，还可以采用焊接结构。齿轮失效是指齿轮在传动过程中，由于载荷的作用使轮齿发生折断、齿面损坏等现象，而使齿轮失去正常工作能力的情况。由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同，影响失效的原因很多，就其装置的形式来说，有开式、半开式和闭式之分；就使用情况来说，又有低速、高速及轻载和重载之别。再加上齿轮材料的性能及热处理工艺的不同，齿轮自身的尺寸、齿廓形状、加工精度等差别，齿轮传动出现了不同的失效形式，主要现象是齿根折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合及齿面塑变等。7.7齿轮的失效形式

1.齿根折断

如图7-29所示，轮齿从根部折断。齿轮受力如图7-30所示，其危险截面即最大弯距发生在齿根。因此当齿轮严重过载、受到冲击或反复受到弯曲应力发生疲劳裂纹时，都会在齿根折断。图7-29齿根折断图7-30齿根受力的分析

2.齿面磨损

齿轮在传动过程中，齿面会产生磨损(见图7-31)。在开式传动中，因为齿轮外露，润滑条件不好，有硬质颗粒杂物等落入齿面，会加剧齿面的磨损，所以齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。为了减小齿面磨损，一般采用闭式齿轮传动。图7-31齿面磨损

3.齿面点蚀

齿轮在密封的闭式装置中，虽然不会发生开式装置那样过早的齿面严重磨损现象，但在长期运转过程中，齿面反复产生接触压应力，也会产生图7-32所示的小点状疲劳剥落，这叫做齿面点蚀。点蚀以后，齿廓表面损坏，造成传动不平稳和噪声。图7-32齿面点蚀

4.齿面胶合

在高速重载的齿轮传动中，由于啮合处散热不好产生高温，加上齿面油膜被挤压破坏，使啮合齿轮两齿面金属直接接触。齿轮继续旋转时，齿面就会胶合在一起，等到齿面分离，较软齿面便被撕裂出沟纹，如图7-33所示，从而破坏了齿廓表面。图7-33齿面胶合图7-34齿面塑变

5.齿面塑变

在齿轮传动过程中，由于轮齿的材料过软、齿面频繁啮合、严重过载等，会造成因啮合齿面之间的滑动摩擦而产生的塑性变形。如图7-34所示，在轮齿中部主动轮出现凹沟，从动轮出现凸棱，甚至还会出现飞边，破坏了齿廓。总之，开式齿轮失效常是因为砂尘落入齿面，加快了轮齿磨损；闭式齿轮失效多是由于轮齿强度、韧性不足，或是齿面硬度、接触强度欠佳所造成的。为此，除了要在设计时应予以充分注意外，材料选择是否恰当也十分重要。比一比：齿轮的各种失效形式产生的原因有什么不同？7.8.1蜗杆传动概述

蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的(见图7-35)，用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90°。在一般蜗杆传动中，都是以蜗杆为主动件。从外形上看，蜗杆类似螺杆，蜗轮则很像斜齿圆柱齿轮。工作时，蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。

7.8蜗杆传动图7-35蜗杆传动7.8.2蜗杆传动的特点

蜗杆传动具有以下特点：

(1)传动比大，且准确。

通常称蜗杆的螺旋线数为螺杆的头数，若蜗杆头数为z1，蜗轮齿数为z2，则蜗杆传动的传动比为

=

一般蜗杆头数很少(z1=1～4)，蜗轮齿数很多(z2=30～80)，所以蜗杆传动可获得很大的传动比并且机构比较紧凑。在一般传动中，单级蜗杆传动的传动比i=10~80,在分度机构中传动比可达600~1000；传递动力时常用i=5~83。

(2)传动平稳、无噪声。

这是因为蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿数较多。

(3)当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，可以实现自锁。

(4)传动效率比较低。当z1=1时，效率η=0.7～0.75；z1=2时，η=0.75～0.82；z1=3、4时，η=0.82～0.92。自锁时，η=0.4～0.45。

(5)因为啮合处有较大的滑动速度，会产生较严重的摩擦磨损，引起发热，使润滑情况恶化，所以蜗轮一般常用青铜等贵重金属制造。

比一比：蜗杆传动和齿轮传动的传动特点有哪些区别？由于普通蜗杆传动效率较低，因此一般只适用于传递功率值在50～60kW以下的场合。一些高效率的新型蜗杆传动所传递的功率可达500kW,圆周速度可达50m/s。7.8.3蜗杆传动的类型

蜗杆传动按蜗杆形状的不同可分为圆柱蜗杆传动(见图7-36(a))、圆弧面蜗杆传动(见图7-36(b))、锥蜗杆传动(见图7-36(c))三类。按蜗杆螺旋面的形状不同，圆柱蜗杆有阿

基米德蜗杆(见图7-37(a))、渐开线蜗杆(见图7-37(b))、法向直廓蜗杆(见图7-37(c))等多种。按螺旋线的方向，蜗杆有左旋与右旋之分。图7-36蜗杆传动的类型图7-37圆柱蜗杆的主要类型7.8.4蜗杆传动的基本参数

1.模数和压力角

通常我们把沿着蜗杆轴线、垂直于蜗轮轴线剖切的平面称为中间平面。在该平面内，蜗轮、蜗杆之间的啮合相当于齿轮和齿条的啮合，如图7-38所示。对于单线蜗杆，每旋转一圈，相当于齿条沿轴线方向移动一个齿距p1，与它相啮合的“齿轮”同时转动一个齿距p2，而p1=p2。齿条的齿距p1=πmx1，齿轮的齿距p2=，即mx1=mt2。所以蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端面模数，且应符合表7-3规定的标准。图7-38蜗轮-蜗杆传动表7-3标准模数m和蜗杆中圆直径d1

蜗杆齿廓为直线，蜗杆的轴向压力角α1应等于蜗轮的端面压力角αt2，即

α1＝αt2=20°

2.传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2

蜗杆旋转一圈，蜗轮转过z1个齿，转过圈，即