主动齿
设计：潘存云
从动齿
2020-12-1
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7
§11-2 齿轮材料及热处理
优质碳素钢
常用齿轮材料
热处理方法 1.表面淬火
合金结构钢 铸钢 铸铁 表面淬火 ----高频淬火、火焰淬火 渗碳淬火 调质 正火
渗氮
一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表面
淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达52~56HRC，
M W
6KFt hF cos F bsF2 cos
YF –齿形系数
KFt
6( hF m
) cosF
bm ( sF )2 cos
2KT1YF bd1m
弯曲力矩： M=KFnhFcosαF
F1
αF
Fn
F2 设计：潘存云 hF
30˚ 30˚
SF
分量F2产生压缩应力可忽略不计，
危险界面的弯曲截面系数：W
bSF2
rb
6
弯曲应力： F
M W
6KFnhF cos F
bsF2
O
6KFt hF cos F b谢s谢F2你c的o观赏s
22
2020-12-1
弯曲应力： F
N1
α
F N n 设计：潘存云
2
F α t r
c Ft
T1
d1 2
T1
10 6
P
1
9.55 10 6
P n1
α ω1 N mm O（1主动）
α ω1 （主动）
O1
P为传递的功率（KW） ω1----小齿轮上的角速度，
n1----小齿轮上的转速 d1----小齿轮上的分度圆直径，
α----压力角
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2020-12-1
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1
第11章 齿轮传动
作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。 要求： 运转平稳、足够的承载能力。
分类
开式传动 闭式传动
----裸露、灰尘、易磨损，适于 低速传动。
----润滑良好、适于重要应用；
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2
§11-1 轮齿的失效形式
轮齿折断 一般发生在齿根处，严重 过载突然断裂、疲劳折断。
硬齿面 （HBS> 350）
重要的传动、渗 碳淬火齿轮或铸
造齿轮
SH
1.0~1.1
1.1~1.2
1.3
SF
1.3~1.4
1.4~1.61.6~来自.22020-12-1
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19
σHlim(N/mm) σHlim(N/mm) σHlim(N/mm)
600 球墨铸铁
500
600
普通碳素 500 钢正火
力可近似用赫兹公式进行计算。
赫兹公式： H
Fn •
1 2
b
1 12
1
2 2
E1
E2
节“+圆”用处于齿外廓啮曲合率，半“径-：”用实生验点于表蚀明，内：故齿取根节啮部点分处合靠的近应节力点作处为最计容算易依发据t。
1
N1C
d1
s in
2
2
N2C
d2
s in
2
N1
α ω2
（从动）
d2 2
ρ N 2 2 设计：潘存云
2020-12-1
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10
特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，HBS ≤ 350，属软齿面， 工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时， 因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时， 小轮比大轮硬度高: 20~50HBS
表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬 齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结构 紧凑的场合。
……
设计硬：潘存度云 （HBS或HRC）
150~180 HBS 180~210 HBS
40~45 HRC 170~210 HBS 210~230 HBS
43~48 HRC 180~220 HBS
240~285 HBS 52~56 HRC
200~260 HBS 40~45 HRC 240~280 HBS
第11章 齿轮传动
§11-1 §11-2 §11-3 §11-4 §11-5 §11-6 §11-7 §11-8 §11-9 §11-10
轮齿的失效形式 齿轮材料及热处理 齿轮传动的精度 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算 斜齿圆柱齿轮传动 直齿圆锥齿轮传动 齿轮的构造 齿轮传动的润滑和效率
度机构的齿轮传动。
高速中载或低速重载齿轮传动，
7级
≤ 10 ≤ 17 ≤ 6 如飞机、汽车和机床中的重要
齿轮；分度机构的齿轮传动。
8级
≤5
≤ 10
机械制造中对精度无特殊要求 ≤ 3 的齿轮。
9级
≤ 3 ≤ 3.5 ≤ 2.5 低速及对精度要求低的齿轮
2020-12-1
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14
§11-4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷
多缸内燃机
1.2~1.6
1.6~1.8
1.9~2.1
单缸内燃机
1.6谢~1谢.你8的观赏 1.8~2.0
2.2~21.64
2020-12-1
§11-5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
1 1 O 齿轮强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式来进行的。在一般闭式齿轮传动中，轮齿的失效主要是齿
面接触疲劳点蚀和轮齿弯曲疲劳折断。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，而齿2 面的最大接触应
2020-12-1
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5
失效形式
§11-1 轮齿的失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合
跑合磨损 齿面磨损 磨粒磨损 跑合磨损、磨粒磨损。
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件
设计：潘存云
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6
失效形式
§11-1 轮齿的失效形式
轮齿折断 齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形
……
140~170 HBS
……
HT200
……
170~230 HBS
……
QT500-5
……
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详细数据见P161或机械设计手册
147~241 HBS
…… 12
§11-3
误差的影响：
齿轮传动的精度等级
制造和安装齿轮传动装置时，不可避免会产生齿形误 差、齿距误差、齿向误差、两轴线不平行误差等。.
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11
类别
优质碳素钢
合金结构钢 铸钢 灰铸铁
球墨铸铁
2020-12-1
表11-1 常用的齿轮材料
牌号
35
45
50
40Cr
35SiMn 40MnB
……
ZG270-500
……
热处理
正火 调质 表面淬火 正火 调质 表面淬火 正火 调质 表面淬火 调质 表面淬火 调质
……
正火
1.转角与理论不一致，影响运动的不准确性；
2.瞬时传动比不恒定，出现速度波动，引起震动、 冲击和噪音影响运动平稳性；
3.齿向误差导致轮齿上的载荷分布不均匀，使轮齿提 前损坏，影响载荷分布的不均匀性。
国标GB10095-88给齿轮副规定了12个精度等级。其中1 级最高，12级最低，常用的为6~9级精度。
失效形式
潘存云教授研制
设计：潘存云 设计：潘存云
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3
失效形式
§11-1 轮齿的失效形式
轮齿折断
齿面点蚀
齿面接触应力按脉动循环变 化当超过疲劳极限时，表面 产生微裂纹、高压油挤压使 裂纹扩展、微粒剥落。点蚀 首先出现在节线处，齿面越 硬，抗点蚀能力越强。软齿 面闭式齿轮传动常因点蚀而 失效。
公式中的系数也不同。
钢----铸铁
取：285
，铸铁----铸铁 取： 250 谢谢你的观赏
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2020-12-1
许用接触应力：[
H
]
H lim
SH
MPa
σHlim ----接触疲劳极限, 由实验确定,
SH ----为安全系数，查表11-4 确定。
表11-4 安全系数SH和SF
安全系数
软齿面 （HBS≤ 350）
1500 合金钢 1400 渗碳淬火
1300
1200 1100 1000
调质钢 表面淬火
900
800 40
50
60 HRC
1500 1400
渗氮钢氮化 1300
1200
1100 调质钢氮化 1000
900 800
30 40 50 60 HRC
齿轮的接触疲劳极限σHlim
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2020-12-1
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失效形式
§11-1 轮齿的失效形式
轮齿折断 齿面点蚀
齿面胶合
高速重载传动中，常因啮合区温 度升高而引起润滑失效，致使齿 面金属直接接触而相互粘连。当 齿面向对滑动时，较软的齿面沿 滑动方向被撕下而形成沟纹。
措施： 1.提高齿面硬度 2.减小齿面粗糙度 3.增加润滑油粘度低速 4.加抗胶合添加剂高速
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§11-6 直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算
假定载荷仅由一对轮齿承担，按悬臂梁计算。齿顶啮合
时，弯矩达最大值。 危险截面：齿根圆角30˚ 切线两切点连线处。
Fn
齿顶受力：Fn，可分解成两个分力： F1 = Fn cosαF ---产生弯曲应力； F2 = Fn sinαF ---压应力，小而忽略。