《机械》-第11章 齿轮传动设计

11.1.1轮齿的失效分析轮齿的失效形式主要有以下五种。

1.轮齿折断轮齿折断是指轮齿整体或局部的断裂(图11-1)。轮齿折断一般发生在齿根部分，因为齿根部分弯曲应力最大，而且有应力集中。轮齿折断通常有两种情况，一种是轮齿因短时、意外的严重过载而引起的突然折断，称为过载折断;另一种是在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯曲疲劳极限，齿根部分产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，最终将引起轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。齿宽较小的直齿往往发生全齿折断，齿宽较大的直齿或斜齿容易发生局部折断。§11.1圆柱齿轮传动设计下一页限制齿根弯曲应力，增大齿根过渡圆角半径，减小齿根表面粗糙度，在齿根处施行碾压喷丸处理等都可提高轮齿的抗折断能力。

2.齿面点蚀点蚀是一种呈麻点状的齿面疲劳损伤，一般出现在轮齿靠近节线的齿根表面上(图11-2)。润滑良好的闭式齿轮工作时，齿面接触处的接触应力是由零增加到最大值，即齿面接触应力是按脉动循环变化的。若齿面的接触应力超过材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下齿面可能产生微小的疲劳裂纹，润滑油挤人裂纹后会加速裂纹的扩展，最后使小片金属微粒剥落，形成凹坑麻点。限制齿面接触应力，提高齿面硬度和增加润滑油的粘度可以避免§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计或减缓点蚀的产生。

3.齿面磨损齿面磨损通常有磨粒磨损和跑合磨损两种。开式齿轮传动常由于灰尘、硬颗粒等外物进入齿面间而引起齿面磨损。齿面过度磨损后，齿廓显著变形，导致噪声和振动，严重时甚至因轮齿过薄而折断(图11-3)。开式齿轮一般不会出现点蚀，因开式齿轮磨损较快，表面往往未来得及形成疲劳点蚀凹坑即被磨损。新的齿轮副，由于加工表面具有一定粗糙度，受载荷时实际上只有部分峰顶接触，因此在开始运转期间，磨损速度较快，磨损量较大。磨损到一定程度后，摩擦面逐渐光滑，压强减小，磨损速度减慢，这种下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计磨损称为跑合。应该注意，跑合结束后，必须清洗和更换润滑油。

4.齿面胶合在高速重载齿轮传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，导致两齿轮齿面金属直接接触并相互粘连，当两齿轮相对运动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹(图11-4)，这种现象称为齿面胶合。在低速重载传动中，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可能产生胶合。提高齿面硬度和减小表面粗糙度能增强抗胶合能力。对于低速传动可采用度较大的润滑油;对于高速传动可采用含抗胶合添加剂的润滑油。

5.齿面塑性变形下一页上一页在重载下，较软的齿面上可能产生局部的塑性变形，使齿廓失去正确的齿形(图11-5)。这种损坏常在过载严重和启动频繁的传动中遇到。提高齿面硬度和采用粘度较大的润滑油有助于防止或减轻齿面的塑性变形。11.1.2齿轮常用材料、热处理方法及传动精度

1.齿轮传动的材料及热处理为了防止齿轮的失效，在选择齿轮材料时应注意以下一些原则:(1)使齿面具有足够的硬度和耐磨性。

(2)合理选择材料配对。

(3)材料具有良好的加工工艺性。下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢;开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材;高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料;受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料，如夹布胶木、尼龙等。常用的齿轮材料及其力学性能见表11-1。钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种。

(1)表面淬火下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45钢、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为40~55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好;由于齿心部未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。

(2)渗碳淬火渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢，如20钢、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56~62HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。

(3)渗氮下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700~900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、钥、铝等合金元素的渗氮钢，如38CrMo。

(4)调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45钢、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220-280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。

(5)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采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。根据热处理后齿面硬度的不同，齿轮可分为软齿面齿轮(350HBS)和硬齿面齿轮(>350HBS)。一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30~50HBS。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。

2.齿轮传动精度§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页轮齿加工时，由于轮坯、刀具在机床上的安装误差，机床和刀具的制造误差，以及加工时所引起的振动等原因，加工出来的齿轮存在着不同程度的误差。加工误差大、精度低将影响齿轮的传动质量和承载能力;反之，若精度要求过高，将给加工带来困难，提高制造成本。因此，根据齿轮的实际工作条件，对齿轮加工精度提出适当的要求至关重要。我国国标GB10095-88中，对渐开线圆柱齿轮规定了12个精度等级，第1级精度最高，第12级最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级可以相同，也可以不同。齿轮精度等级主要根据传动的使用条件、传递的功率、圆周速度，以及其他经济、技术要求决定。对于高速、分度等要求高的齿轮传动，常用6级，一般机械中常用7~8级，对精度§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页要求不高的低速齿轮可用9级。齿轮每个精度等级的公差根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性等三方面要求，划分成三个公差组，即第T公差组、第11公差组和第111公差组。一般情况下，可选三个公差组为同一精度等级，但也容许根据使用要求的不同，选择不同精度等级的公差组组合。选择时，先根据齿轮的圆周速度确定第11公差组精度等级(表11-2)，第T公差组可比第11公差组精度低一级或同级，第111公差组通常与第11公差组同级，具体可参阅有关手册确定。为防止齿轮传动时因制造、安装误差，以及热膨胀或承载变形等下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计原因而导致轮齿卡死，在齿轮的非工作齿廓间应留有侧隙。传动侧隙按工作条件确定，与精度等级无关。合适的侧隙可通过选择适当的齿厚极限偏差和中心距极限偏差来保证。GB10095-88中规定，齿厚偏差有C,D,E,F,G,H,J,K,I、M,I,P,R,S14种，每种代号所规定的齿厚偏差值均是九，(齿距极限偏差)的倍数。具体选用可根据第11公差组的精度等级及齿轮的主要参数查阅有关设计手册。在齿轮零件工作图上应标注齿轮精度等级及齿厚极限偏差的字母代号。例如，若齿轮第T公差组精度等级为7级，第11、第111公差组精度为6级，齿厚上偏差为G,齿厚下偏差为M时，标注为下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计7-6-6GMGB1009588。若三个公差组精度同为6级，则标注为6GMGB10095-880。11.1.3标准直齿圆柱齿轮传动的设计、计算

1.齿轮设计、计算准则为了保证齿轮在使用期限内不致失效，应针对各种失效建立相应的计算准则和方法。但是，目前对于齿面磨损、胶合和塑性变形，尚无可靠的计算方法。所以齿轮传动设计，通常只按齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度进行计算。

(1)对于闭式软齿面齿轮传动(配对齿轮之一的硬度镇350HBS)，一般先发生齿面疲劳点蚀，后发生轮齿折断，因此，可先按齿面接触下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。

(2)对于闭式硬齿面齿轮传动(配对齿轮的硬度均>350HBS)，一般先发生轮齿折断，后发生齿面疲劳点蚀，因此，可先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。

(3)对于开式齿轮传动，齿面磨损和轮齿折断是其主要失效形式。由于磨损尚无可靠的计算方法，一般按齿根弯曲疲劳强度进行计算。对于磨损的影响可通过将设计所得模数放大10%~5%或降低许用应力加以考虑。因磨粒磨损速率远比齿面疲劳裂纹扩展速率快，即齿面疲劳裂纹还未扩展即被磨去，所以一般开式传动齿面不会出现疲劳点蚀，故无须校核齿面接触疲劳强度。§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页

2.轮齿的受力分析齿轮传动是靠轮齿间作用力传递功率的。如前所述，一对渐开线齿轮啮合，若不计齿面间的摩擦，轮齿间的相互作用力Fn沿着啮合线的方向，称为法向力。如图11-6所示为主动轮受力情况，Fn可分解为圆周力Ft及径向力Fr，根据力矩平衡条件可得出 (11.1)式中，d1是小齿轮分度圆直径，单位为mm,a为分度圆压力角，a=20°。T1为小齿轮传递的转矩，单位为N·mm;当小齿轮传递的功率为P1(kW)，小齿轮转速为n1(r/min)时，T1=9.55X106P1/n1。下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计根据作用力和反作用力原理可知作用在从动轮上的力与主动轮上的各力均等值反向。各力的方向判断方法为:径向力分别指向各自的轮心;主动轮上的圆周力对其轴之矩与主动轮转向相反;从动轮上的圆周力对其轴之矩与从动轮转向相同。

3.轮齿的计算载荷上述轮齿受力分析中的法向力只1是理想情况下的载荷，称为名义载荷。实际上，由于齿轮、轴和支承装置加工、安装误差及载荷下的变形等因素，使载荷沿齿宽的作用力分布不均，存在应力集中的现象;此外，由于原动机与工作机的载荷变化，以及齿轮制造误差和变形所造成的传动不平稳等，都会产生附加载荷。下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计因此，在计算齿轮强度时，需要引人载荷系数K来考虑上述各种因素的影响，即以计算载荷代替名义载荷。计算载荷按下式确定 (11.2)载荷系数K的取值按表11-3选取。

4.齿面接触疲劳强度计算轮齿表面疲劳点蚀与齿面接触应力有关。点蚀多发生在节线附近，一般按节线处接触应力为计算依据。由弹性力学的赫兹公式可得出齿面接触疲劳强度的校核计算公式为 (11.3)式中，“+”用于外啮合传动，“-”用于内啮合传动，各符号意义§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页如下:σH为齿面接触应力(MPa);ZE为齿轮材料的弹性系数，见表11-4;K为载荷系数，见表11-3;T1为主动轮上的转矩(N·mm);u为两轮齿数比，u=z2/z1;b为齿宽(mm);d1为小齿轮分度圆直径(mm);σH为许用接触应力(MPa)。为便于设计计算，引人齿宽系数，代入上式，得到齿面接触疲劳强度的设计计算公式为

(11.4)式中各符号意义同上，齿宽系数见表11-5若两轮材料都选用钢时，有ZE=189.8。代入以上两式，得到一对钢制齿轮的校核公式和设计计算公式为§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页 (11.5) (11.6)使用上述公式时应当注意;一对轮齿啮合时，根据作用力和反作用力原理，两齿面的接触应力是相等的，即σH1=σH2;而由于两齿轮材料或热处理方式不同，许用接触应力一般不同，计算时取σH1和σH2中的较小值。

5.齿根弯曲疲劳强度计算为了防止轮齿因疲劳而折断，应保证齿轮具有足够的弯曲疲劳强度。当轮齿在齿顶啮合时，齿根弯曲应力最大。下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计§11.1圆柱齿轮传动设计设计时设全部载荷由一对齿承担，且载荷作用于齿顶，并将轮齿看成宽度为的悬臂梁，则轮齿根部为危险截面。危险截面可用30°切线法来确定，即作与轮齿对称中心线成30°角并与齿根过渡曲线相切的两条直线，连接两切点所得的截面即为齿根的危险截面，如图11-7所示。由弯曲正应力强度条件并考虑适当的修正系数可得齿根弯曲疲劳强度校核计算公式为 (11.7)式中，T1为主动轮转矩，单位为N·mm;b为轮齿的接触宽度，单位为mm;m为模数;z1为主动轮齿数;YF、YS分别为齿形修正系数和下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计应力修正系数，其值见表11-6;6F为轮齿的许用弯曲应力，单位为Mpa。通常两齿轮的齿形系数YF1、YF2并不相同，两齿轮材料的许用弯曲应力YF1、YF2也不相同，因此要分别验算两个齿轮的弯曲强度。引人齿宽系数笋d，代入上式可得齿根弯曲疲劳强度的计算公式

(11.7)用上式计算时，应将两齿轮的YF1YS1/6F1和YF2YS2/6F2值进行比较取其中较大的代入式子进行计算，计算所得的模数应圆整成标准值。

6.齿轮的许用应力下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计

(1)许用接触应力接触疲劳许用应力按下式计算

(11.9)

6Hlim为材料的接触疲劳极限，查图11-8；SH为安全系数，查表11-7;ZN为接触强度计算的寿命系数，是考虑齿轮应力循环次数影响的系数，其值可根据应力循环次数查图11-11。由图11-11查ZN时，横坐标N为应力循环次数，按下式计算 (11.10)式中，n为齿轮转速，单位为r/min,j为齿轮转一转时同侧齿面的啮合次数Lh为齿轮工作寿命，单位为h。下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计(2)许用弯曲应力许用弯曲应力6F按下式计算 (11.11)式中，6Flim为试验齿轮的弯曲疲劳极限，按图11-9查取;对于长期双侧工作的齿轮传动，齿根弯曲应力为对称循环，应将图中数据乘以0.7。民为安全系数，查表11-7。YN为弯曲疲劳寿命系数，是考虑齿轮应力循环次数影响的系数，查图11-10。图中横坐标N为应力循环次数，按公式(图11-10)计算。

7.主要参数的选择和设计步骤设计齿轮传动时，通常是根据齿轮所传递的功率、转速、传动比、下一页上一页下一页§11.1圆柱齿轮传动设计工作机和原动机的工作特性、使用寿命和可靠性等，以及其他特殊要求，如外廓尺寸、中心距、和维修条件等的限制，通过强度计算确定出齿轮传动的主要参数、齿轮材料、几何尺寸、齿轮结构和精度等级，并绘出工作图。齿轮的主要参数包括齿数、模数和齿宽系数，设计时，应根据具体的情况选择这些参数。

(1)小齿轮齿数z1

闭式软齿面齿轮传动的承载能力主要由齿面接触疲劳强度决定。齿面接触应力6H1与d2成正比。在d1大小不变且满足齿根弯曲疲劳强度的条件下，宜采用较多齿数和较小模数，这样不仅可以增大重上一页§11.1圆柱齿轮传动设计合度，改善传动的平稳性和齿轮上的载荷分配，而且可以降低齿高，缩小毛坯尺寸，减少切削用量，降低加工成本，同时由于齿高的降低又可以减小滑动系数，有利于提高齿轮抗磨损、抗胶合的能力。一般来说，小齿轮齿数可取z1=20~40

闭式硬齿面齿轮和开式传动齿轮的承载能力主要由齿根弯曲疲劳强度决定。模数越大，轮齿的尺寸就越大，在齿数及齿宽相等的条件下，轮齿的抗弯曲强度就越高。因此，为了保证轮齿具有足够的弯曲疲劳强度和结构尺寸的紧凑性，宜采用较少齿数和较大模数。一般可以取z1=17~20

开式齿轮传动中为保证轮齿在经受相当的磨损后仍不会发生破坏，下一页上一页宜采用较少齿数和较大模数，一般取z1=17~20

对于周期性变化的载荷，为避免最大载荷总是作用在某一对齿或某几对齿上而使磨损过于集中，z1、z2应互为质数。这样实际传动比与要求的传动比可能有出入，但一般情况下误差在5%以内是允许的。

(2)模数m

模数影响轮齿的抗弯强度，一般在满足轮齿弯曲强度的条件下，取较小的模数，以利于增大齿数，减少切齿量。对于传递动力的齿轮传动，为了防止因过载而导致轮齿折断，一般模数m不小于2mm(3)齿宽系数d

齿宽系数a=d,齿宽系数取大些，可以使中心距及直径d减小，降§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计低齿轮传动的圆周速度;但齿宽系数过大则需提高结构刚度，否则会出现齿向载荷分布严重不均。故齿宽系数不宜过大或过小，其推荐值见表11-5。

在一般精度的圆柱齿轮减速器中，为补偿加工和装配的误差，应使小齿轮比大齿轮宽一些，小齿轮的齿宽取b1=b2+(5~10)mm。故齿宽系数实际上是b2/d1。另外，齿宽应圆整为整数，最好取个位数为0或5。

(4)设计步骤根据圆柱齿轮传动的强度计算方法，直齿圆柱齿轮传动设计计算步骤如下:下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计①选择齿轮材料、热处理方式。通过分析齿轮的工作条件，确定材料的性能和组织要求，综合比较后进行选择。材料及热处理方式的选择可参见表11-1。②选择精度等级。齿轮传动精度等级选择可参见表11-2，在满足使用要求的前提下，尽可能选用较低的精度等级以减少加工难度，降低制造成本。③承载能力计算。按本节所确定的设计计算准则进行计算并确定主要参数。④计算齿轮的几何尺寸。可按表4-5所列的公式计算。⑤确定齿轮的结构形式。可参照第4章齿轮结构部分或查设计手册。下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计⑥绘制齿轮工作图。11.1.4标准斜齿圆柱齿轮传动的设计、计算

1.抖齿圆柱齿轮受力分析

图11-12为一对斜齿圆柱齿轮的受力图，如不计摩擦力，则作用于主动轮齿上的总压力凡:必沿接触点的公法线方向，并指向工作齿面，此力称为法向力。它可分解为径向力Fr1、轴向力Fa1和圆周力Ft1，其值分别为 (11.12)式中，β为齿轮分度圆柱上的螺旋角;an为齿轮分度圆柱上的法向压力角;T1为主动轮传递的转矩，单位为Nmm,d1为主动轮分度圆直径，下一页上一页单位为mm。其他符号的含义和单位同前。根据作用力和反作用力原理可知，从动轮上受力分别为Ft2=-Ft1，Fa2==Fa1，Fr2=-Fr1。负号表示二力方向相反。各力的方向判断方法如下:(1)在主动轮上圆周力对其轴之矩与主动轮的转动方向相反;在从动轮上圆周力对其轴之矩与从动轮的转动方向相同。

(2)径向力的方向分别指向各自的轮心。

(3)轴向力的方向与齿轮的螺旋方向和转动方向有关，可用主动轮左、右手法则来判定，即对主动右旋齿轮，以右手四指弯曲的方向§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计表示齿轮的转动方向，则伸直拇指的指向即为主动轮上轴向力瓦:的方向，从动轮上轴向力的方向与其相反。对于主动左旋齿轮，则应以左手用同样的方法来判定。

2.抖齿圆柱齿轮的设计、计算斜齿圆柱齿轮的设计、计算准则与直齿轮相同。斜齿圆柱齿轮法向齿形与其当量齿轮的齿形近似，所以斜齿圆柱齿轮的轮齿弯曲疲劳强度与当量齿轮的轮齿弯曲疲劳强度相等。因此，只要计算当量齿轮的轮齿弯曲疲劳强度就行了。将当量齿轮的参数代入直齿圆柱齿轮的计算公式，并考虑斜齿轮重合度及齿面接触线是斜线等因素对强度的影响，即可得到斜齿轮轮齿表面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的计算公式。下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计

(1)齿面接触疲劳强度计算校核公式 (11.13)

设计公式 (11.14)式中，K为载荷系数，查表11-3;T1为小齿轮的转矩，单位为V·mm;u为齿数比;φd为齿宽系数，查表11-5;ZE为弹性系数，查表11-4;b为轮齿的接触宽度，单位为mm;6H为许用接触应力，单位为MPa，由式(11.9)计算;d1为小齿轮分度圆直径，单位为mm。

(2)齿根弯曲疲劳强度计算校核公式 (11.15)下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计

设计公式 (11.14)式中，YF为齿形系数，YS为应力修正系数，由当量齿数zv查表11-6;β为斜齿轮的螺旋角;z1为小齿轮齿数;6F为许用弯曲应力(Mpa)，由式(11.11)计算;其余符号意义同上。设计时应将YF1YS16F1、YF2YS2/6F2中的较大值代入上式，并将计算所得的法面模数按标准模数圆整。有关直齿圆柱齿轮传动的设计方法及参数选择原则对斜齿轮传动基本上都是适用的。与直齿轮不同的是斜齿轮传动的中心距与螺旋角R有关，在确定中心距时，可通过调整螺旋角R，使中心距圆整为个位数为0或5。下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计例8.2设计矿山用卷扬机的单级斜齿圆柱齿轮传动。已知原动机为电动机，传递功率P=22kW，小齿轮转速n1=970r/min，传动比i=3.5，工作机有中等冲击，单向运转，单班制工作，使用寿命10年，齿轮相对于轴承对称布置。11.1.5圆柱齿轮的结构设计齿轮的结构形式与齿轮的几何尺寸、毛坯材料、加工方法、使用要求和经济性等因素有关，通常先按齿轮直径选择适宜的结构形式，然后再根据推荐的经验公式进行结构设计。齿轮常用的结构形式有以下几种:1.齿轮轴(图11-13)下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计

对于直径较小的钢制齿轮，当齿轮的顶圆直径d小于轴孔直径的两倍，或圆柱齿轮齿根圆至键槽底部的距离y<2.5m时，可将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴。齿轮轴的刚度好，制造费用较低(与轴和齿轮分开时相比)。但是齿轮与轴用同一种材料，当齿轮需要用较好材料时，会造成浪费。

2.实体式齿轮(图11-14)

当齿顶圆直径da<150~200mm时，齿根圆到键槽底部的距离Y>2.5m,可采用锻造的实体齿轮。单件或小批量生产，而直径小于100mm时，可用轧制圆钢制造齿轮毛坯。

3.腹板式齿轮(图11-15)下一页上一页

当齿顶圆直径da较大(150~200mm<da<500mm)时，为了减轻重量，节约材料，可采用腹板式齿轮。腹板上开孔的数目根据结构尺寸大小而定。

4.轮辐式齿轮(图11-16)

当齿顶圆直径da<500mm时，一般多采用轮辐式结构。这种齿轮常采用铸钢或铸铁制造。11.1.6圆柱齿轮传动的润滑设计齿轮传动中的许多齿面损伤是由于润滑不良引起的。对齿轮传动进行润滑不仅可以减少磨损和发热，起到防锈和降低噪声的作用，而且可以改善齿轮的工作状况，提高齿轮的工作品质。§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页齿轮传动常用的润滑方式有如下几种:1.油浴润滑如图11-17所示，油浴润滑是将大齿轮浸人油中至一定深度进行润滑。当齿轮的圆周速度v<12m/s时，浸油深度约为一个齿高，但不应小于10mm。多级齿轮传动时，若高速级大齿轮无法达到要求的浸油深度时，可采用带油轮将油带到未浸人油池内的轮齿表面上(图11-18)，同时可将油甩到轮齿箱壁面上散热，使油温下降。油浴润滑主要用于v<12m/s的闭式齿轮传动。2.循环喷油润滑如图11-19所示，循环喷油润滑是用液压泵将有一定压力的润滑油直接§11.1圆柱齿轮传动设计下一页上一页§11.1圆柱齿轮传动设计喷到齿轮的啮合表面上进行润滑。这种方式可以对循环中的润滑油进行中间过滤和冷却，避免了因齿轮搅油而造成的功率损耗，适用于v>12m/s的闭式齿轮传动。

3.定期涂油和润滑脂润滑润滑脂润滑密封简单，不易漏油，但散热性差。主要用于半开式、开式齿轮传动。齿轮传动润滑剂的选择可根据齿轮材料和圆周速度由相应表查得运动薪度值，再由选定的薪度确定润滑油的牌号。具体选用方法参见有关设计手册。下一页上一页在实际工作中，必须经常检查齿轮传动润滑系统的状况，如润滑油的质量，油面的高度等，油面过低则润滑不良，过高则会增加搅油功率损失。对于压力喷油润滑系统还需检查油压状况，油压过低会造成供油不足，过高则可能是因为油路不畅通所致，需要及时调整油压。§11.1圆柱齿轮传动设计返回上一页§11.2直齿圆锥齿轮传动设计11.2.1直齿锥齿轮传动的受力分析

图11-20所示为直齿圆锥齿轮传动中主动轮轮齿的受力情况。一般将法向力简化为集中载荷Fn，作用在齿宽b的中间位置的节点C上，即作用在分度圆锥的直径dm1处。当齿轮上作用有转矩T1时，忽略接触面上的摩擦力，则在轮齿的法面内有法向力Fn1。法向力Fn2可分解为三个相互垂直的空间分力，即切向力Ft1、径向力Fr1和轴向力Fa1。 (11.17)式中，T1为主动轮所传递的转矩(V·mm);δ1为小齿轮分锥角(°);下一页§11.2直齿圆锥齿轮传动设计dm1为主动轮平均分度圆直径(mm)，可用下式计算:dm1=(1-0.5fR)d1。其中fR=b/R为齿宽系数，通常取fr=0.3。大齿轮的受力可根据作用力与反作用力原理求得，即Ft1=-Ft2、Fr1=-Fa2，Fa1=-Fr2，负号表示二力方向相反。各力方向判断方法如下:在主动轮上的圆周力对其轴之矩与转动方向相反，在从动轮上的圆周力对其轴之矩与转动方向相同;径向力的方向指向各自的轮心;轴向力的方向分别沿各自的轴线方向指向大端。

11.2.2直齿锥齿轮传动的设计、计算直齿圆锥齿轮的失效形式及强度计算的依据与直齿圆柱齿轮基本相同，可近似地按齿宽中点处的一对当量直齿