陕西科技大学 过程装备与控制工程 课件 1机械设计(王宁侠)第7章.ppt

7.1 概述7.1.1 齿轮传动的特点及应用 　齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，可以实现任意轴之间运动和动力的传递，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达200 m/s。本章主要介绍最常用的渐开线齿轮传动。　　齿轮传动的主要特点有：　　(1) 传动效率高。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率是最高的，单级圆柱齿轮传动的效率可达99%，这对大功率传动十分重要。　　(2) 传动比稳定。传动比稳定是齿轮传动的基本要求之一，也是齿轮传动获得广泛应用的主要原因。 　　(3) 工作可靠，寿命长。齿轮传动属于啮合传动，设计、制造正确合理，使用维护得当的话，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其他机械传动不可比拟的。　　(4) 承载能力高，结构紧凑。　　(5) 需要专门的加工设备，制造、安装精度要求高，成本较高。　　(6) 不宜用于大中心距的场合。 7.1.2 齿轮传动的形式　　齿轮传动的形式很多，按装置形式可分为开式、半开式和闭式三种形式。　　如在农业机械、建筑机械以及简易机械中，有一些齿轮传动没有防尘罩和机壳，齿轮完全暴露在外面，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，工作条件不好，齿轮容易磨损，故只宜用于低速不重要的传动。　　当齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。其工作条件虽有所改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算良好。 　　当对传动要求较高时，如汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工且严格密封的箱体内，这称为闭式齿轮传动。这种传动润滑及防护等条件最好，多用于重要场合。　　根据使用情况，按速度大小，齿轮传动可分为高速传动和低速传动，也可按载荷大小分为轻载和重载两种形式。　　齿轮的材料和热处理工艺不同，其齿面的硬度也就不同，因此，齿轮传动又可分为软齿面和硬齿面两种形式。配对齿轮之一的齿面硬度小于350 HBS的称为软齿面。软齿面齿轮既有一定的强度，又有一定的韧性，加工也较为方便，如经调质、常化的优质碳钢和合金钢齿轮。配对齿轮的齿面硬度均大于350 HBS的称为硬齿面。硬齿面齿轮的硬度好，轮齿相对较脆，加工也较软齿面复杂。 7.2 齿轮传动的失效形式及设计准则　　齿轮传动的形式不同，齿轮材料的性能及热处理工艺不同，使用场所不同，因而传动时就出现了不同的失效形式。一般来说，齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而其他部分(如齿圈、轮辐、轮毂等) 通常只按经验设计。 7.2.1 轮齿的失效形式　　1. 轮齿折断 　轮齿折断有多种形式，在正常工况下，主要是齿根弯曲疲劳折断。在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载时，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断，如图7-1(a)所示。此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断。在轮齿经过严重磨损后齿厚过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。 　　在斜齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，轮齿受载时，可能发生局部过载折断，如图7-1(b)所示。直齿轮传动在制造及安装不良或轴的弯曲变形过大时，也会发生局部折断。　　避免轮齿折断和提高轮齿抗折断能力的措施有：限制齿根弯曲应力，增大齿根过渡圆角半径和降低表面粗糙度值以减小应力集中，提高齿芯材料的韧性，在齿根处施行喷丸、滚压等强化处理。 　　2. 齿面点蚀 　齿面点蚀就是齿面材料在交变接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状剥落损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，随着应力循环次数的增加，麻点逐渐扩大，特别是润滑油的渗入，受压挤胀加速麻点的扩展，导致齿面材料脱落而形成凹坑。齿面点蚀会严重影响齿轮传动的平稳性，产生振动和噪声， 导致齿轮不能正常工作。 　　齿面点蚀通常首先出现在节线附近的齿根面上，如图7-2所示。这是由于齿面节线附近的相对滑动速度小，难于形成润滑油膜，摩擦力较大，且节线附近参与啮合的轮齿对数少，故接触应力大。 　点蚀为闭式齿轮传动的常见齿面失效形式。在开式齿轮传动中，由于齿面磨损较快，一般不会出现点蚀。 　避免或减缓点蚀产生的措施是限制齿面接触应力，提高齿面硬度和增加润滑油粘度等。 　　3. 齿面磨损 　齿面磨损主要是磨粒磨损。当轮齿工作面间落入外部硬质颗粒(如砂粒、铁屑等)时，齿面被逐渐磨损而致报废，如图7-3所示。齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式之一。改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的办法。 　　4. 齿面胶合 　齿面胶合是接触齿面在一定压力作用下金属发生粘着，同时随齿面的相对滑动使金属从齿面撕划出沟