第十章 齿轮传动
（一）教学要求
1、了解齿轮传动特点、分类、掌握主要失效形式，了解常用齿轮材料及热处理方法，掌握齿轮材料的计算载荷
2、掌握直齿圆柱齿轮的强度计算方法及主要参数的选择方法 3、掌握斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮受力分析和强度计算方法 4、掌握变位齿轮强度的特点，了解其它齿轮传动的特点
（二）教学的重点与难点
1、 轮齿主要失效形式，载荷系数，材料与热处理 2、 齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算
3、 斜齿轮和锯齿轮受力分析和强度计算的特点，当量齿轮 4、 变位齿轮强度计算的特点
（三）教学内容
§10-1 概述
最为常用，属啮合传动 一、特点
? 传动比恒定 ? 传递动力大（可达几万KW） 优? 速度高 （可达150m/s~300m/s） 点? 效率高（一般η=0.94~0.99） ? 结构紧凑 （齿轮直径可达1m~150m以上） ? 工作可靠，寿命长
缺? 制造及安装精度要求较高 点 ? 不适合中心距较大处（否则结构很大）
二、分类
直齿 圆柱齿轮传动斜齿
人字齿
直齿
按两轮轴的相对位置分为 圆锥齿轮传动 斜齿 圆弧齿
螺旋齿轮传动
-------只能传递小功率 蜗杆传动
按工作情况分为
开式齿轮传动
闭式齿轮传动
低速传动 (ν< 3 m/s) 按圆周速度分为 中速传动 (ν= 3~15 m/s) 高速传动 (ν> 15 m/s) 1
§10-2 轮齿失效形式及设计准则
一、轮齿失效形式
过载折断
轮齿折断——发生在根部，分为 疲劳折断 齿面磨损——开式传动常发生（落入杂质）。
主齿面点蚀——局部金属微粒剥落下来，形成疲劳点蚀。 要有首先出现在齿根表面靠近节线处； 五主要与齿面硬度有关（越高抗点蚀能力越强）。 种 ——瞬时局部温度过高而粘连，结果被撕裂。 齿面胶合
塑性变形——较软的轮齿受重载产生塑性变形，使齿廓不正确。
可用↑硬度，选高粘度润滑油的方法改善。
二、设计准则
齿根弯曲疲劳强度σF
目前一般按 进行计算。
齿面接触疲劳强度σH
各种具体情况的齿轮设计采用何原则——详见相关书籍。
先按齿面接触疲劳强度设计
闭式软齿面——齿面点蚀是主要失效形式，应
再按齿根弯曲疲劳强度校核
先按齿根弯曲疲劳强度设计
闭式硬齿面——齿根折断是常见失效形式，应
再按齿面接触疲劳强度校核 先按齿根弯曲疲劳强度确定m值；
开式齿轮传动——常为齿面磨损，可 再将m增大10~20%；
无须校核接触强度。
≤350HBS称为软齿面，＞350HBS称为硬齿面
选择齿轮材料总体上要考虑防止产生——齿面失效
轮齿折断
齿轮材料及热处理的的基本要求 ：里韧外硬
一、常用材料及热处理
§10-3 齿轮材料及选择原则
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? 可用优质碳钢、合金结构钢、铸钢、铸铁等。 ? 毛坯多用锻件或轧制型材。
? d > 400~600 mm、且不易锻时，可用铸钢。 ? 开式低速传动可用铸铁。 1、锻钢
大多数齿轮用，因强度高、韧性好、便于制造及热处理。 1）、软齿面齿轮
◆ ≤350HBS，适合于对精度、强度和速度要求不高的齿轮传动。 ◆ 常用中碳钢和中碳合金钢——如45、40Cr、35SiMn等。 ◆ 热处理——调质或正火。
◆ 小齿轮齿面比大齿轮齿面高30～50HBS。 2）、硬齿面齿轮
≥350HBS——是发展趋势，适合于高速、重载及精密机械（如精密机床、航空发动机等）。
方案一： ★ 常用中碳钢和中碳合金钢——如45、40Cr、35SiMn等。
★ 热处理——表面淬火。 ★ 硬度达到40～45HRC。
方案二： ★ 也可用低碳钢和低碳合金钢——如20、20Cr、20CrMnTi等。 ★ 热处理——渗碳淬火（后须磨齿，若不便磨齿则改用氮化）。
★ 硬度达56～62HRC。
2、铸钢
尺寸>400~600mm、不便锻造时用。 热处理方法——正火（细化晶粒）。 3、铸铁
低速、轻载时用。
注意考虑采用球墨铸铁。
优点：铸铁的加工性能、抗点蚀、抗胶合性能均较好。 缺点：只是强度低、耐磨性、抗冲击性差。 4、非金属材料
如夹布塑料、尼龙等，一般用途，轻微载荷时用。
二、材料选择原则
1、保证满足工作条件的要求——强度、硬度、韧性、功率、可靠性、粉尘、速度、噪声、
平稳性等。
2、考虑齿轮尺寸——大——用铸造方法 中——用锻造方法
3、热处理改善性能——正火碳钢——用于载荷平稳，轻度冲击处 调质碳钢——用于中等冲击载荷齿轮 4、合金钢——高速、重载、冲击时工作的齿轮。
5、飞行器中齿轮——要求尺寸小，应选高强度合金钢。 6、配对两齿轮齿面硬度差应保持在30～50HBS以上。 原因：1）小齿轮齿根强度较弱；
2）小齿轮的应力循环次数较多。
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