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第八章 齿轮传动 §8-1 概述 一．齿轮传动特点： 齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，型式多，应用广泛，传递的功率达数十万千瓦，圆周速度可达200m/s。 齿轮传动的主要特点：1）效率高；2）结构紧凑；3）工作可靠、寿命长；4）传动比稳定；5）制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用在传动距离过大的场合。 开式齿轮传动—齿轮暴露在外界，灰尘、杂质易侵入，润滑不良，工作条件差，轮齿易磨损，只宜用于低速传动。 半开式齿轮传动—齿轮传动装有简单的防护罩，有时大齿轮部分浸入油池中。工作条件有改善，但仍不能严密防止外界杂物侵入润滑条件不算最好。 闭式齿轮传动—齿轮传动装在经过精确加工且封闭严密的箱体内，润滑及防护条件好，用于重要的场合。 软齿面齿轮---轮齿工作面的硬度≤350HBS或38HRC。 硬齿面齿轮---轮齿工作面的硬度≥350HBS或38HRC。 二．齿轮精度等级的选择 我国现行的齿轮精度标准规定（GB10095-88）渐开线圆柱齿轮和圆锥齿轮精度等级分12级，1级最高，12级最低。每一精度等级规定了15项校核指标，分为三个公差组，三公差组的精度等级可相同，也可不同，视对传动的要求而定。 第Ⅰ公差组—影响齿轮传动传递运动的准确性（运转的精确度），限制一周的转角误差。分度齿轮此公差组要求较高。 第Ⅱ公差组—影响齿轮传动的平稳性，限制齿轮传动一周的周节误差。出传动齿轮此公差组要求较高。 第Ⅲ公差组—影响齿轮传动沿齿宽载荷分布的均匀性。低速重载的齿轮传动此公差组要求较高。 为防止齿轮传动在工作时由于轮齿的制造误差、安装误差及传动系统的弹性变形、热变形等原因发生啮合齿轮卡死现象，也为在啮合轮齿见存留润滑润滑剂，啮合齿对的齿厚与齿间留有适当的齿侧间隙。 高速、高温、重载下工作的齿轮---较大的齿侧间隙； 一般工作条件下的齿轮---中等齿侧间隙； 常正反转、转速不高的齿轮---较小 齿侧间隙。 §8-2 齿轮传动的失效形式及设计准则 失效形式 齿轮的齿圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸是根据经验公式进行结构设计时确定的，其承载能力较宽裕，实践中也极少失效。所以齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。 我国GB3481-83“齿轮轮齿损伤原因和特点”共有5类26种失效形式。 分类 轮齿折断 齿轮受力后，相当于悬臂梁受载，齿根弯曲应力最大，且齿根处有较大的应力集中，加工时易留下刀痕，所以，齿根不出现裂纹的可能性大，折断一般发生在齿根。 齿轮传动工作时，轮齿每啮合一次，齿根弯曲应力就变化一次。在变应力作用下工作一段时间后，齿根易产生疲劳裂纹（受拉边疲劳裂纹易扩展），裂纹逐渐扩大，导致齿根剩余面积上应力超过极限值而使轮齿沿整个齿根折断。 加工时，在根部易出现残余拉应力，与工作拉应力叠加后，裂纹更易拉断。若用凸头滚刀加工齿轮，加工时保留根部残余压应力，可抵消一部分工作拉应力。若增大压力角，可加强轮齿根部，但传动重合度降低。 折断 宽度不大的直齿轮，折断是沿齿根的全齿宽方向，是整个齿的折断。 斜齿因接触线倾斜，轮齿受载后，如有载荷集中时就会发生局部折断。若制造及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，直齿轮也会发生局部折断。 增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕可减小齿根应力集中；增大轴几支承的刚性，可使轮齿接触线上受载较为均匀；采用合适的热处理方法使齿芯材料 具有足够的韧性；采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理；进行弯曲疲劳强度计算都可提高齿轮抗弯曲疲劳能力。 齿体塑性变形 软齿面齿轮受冲击过载作用时，发生整个齿体移位，致使齿轮不能正确啮合，产生振动、噪音。 齿面点蚀 齿轮传动工作时，轮齿表面接触应力呈脉动循环变化。在接触变应力作用下工作一段时间后，靠近节线的齿根表面产生疲劳裂纹，同时，润滑油渗入裂纹，当裂纹随轮齿啮合而闭合后，封闭在裂纹中的润滑油受挤压，油压增高，促使裂纹加速扩张蔓延，如此循环变化，最终使轮齿表面金属呈小片状剥落而形成麻点。 齿面发生点蚀后，破坏了轮齿渐开线形状，严重影响传动平稳性，产生振动和噪音，影响出动的正常工作，甚至使传动破坏。 齿面点蚀主要发生在闭式齿轮传动中的软齿面齿轮上。位置：齿根部靠近节线附近，小齿轮上出现的几率较大。 原因：润滑油在根部裂纹中泵压，裂纹扩张、蔓延。 一般齿轮传动的重合度≥1，啮合主要在节线附近，且节线附近是单对齿啮合，所以节线附近易出现点蚀。 点蚀 新齿工作初期出现点蚀的主要原因：新齿表面粗糙不平，沿接触线偏载等引起齿面接触不良，使凸起处产生很大的高峰接触应力。软齿面齿轮在工作初期发生点蚀后，凸起处逐渐变平，又经跑合过程中的磨损、碾压等，使齿面接触趋于良好，高峰应力岁之降低，低于极限值时，点蚀停止发展。硬齿面齿轮的接触疲劳强度较高，不易出现点蚀，但一旦出现点蚀后，因为齿面