《机械设计》课程授课教案（讲稿）8.1、8.2、8.3概述、轮齿的失效形式及设计准则、齿轮的材料及其选择

课程名称：《机械设计》第_12讲次第八章齿轮传动8-1概述授课题目8-2轮齿的失效形式及设计准则8-3齿轮的材料及其选择【目的要求】掌握齿轮传动的失效形式、设计准则以及材料选择等基础知识；【重点】齿轮传动的设计准则；【难点】齿轮材料选择：内容第八章齿轮传动8-1概述一、齿轮传动的特点、类型和基本问题齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛，型式多样，传递功率从很小到很大（可高达数万千瓦）。1.特点：1）传动效率高可达99%。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高：2）结构紧凑与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长；3）传动比稳定无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一：4）与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。2.分类按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动锥齿轮传动人字齿轮传动按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。按使用情况分：动力齿轮一以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。传动齿轮一以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度≤35OHBS）硬齿面齿轮（齿面硬度>350HBS）3.两个基本问题：（1）传动平稳、就是要保证瞬时传动比恒定，以减小齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。(2)足够的承载能力就是要在尺寸、质量较小的前提下．保证在预定的使用期限内不发生失效。二、圆柱齿轮的基本参数1）模数m为防止轮齿太小引起意外断齿，对于动力传动，一般要求：m≥1.5~2mm。圆柱齿轮的模数标准系列见表8-7

课程名称：《机械设计》 第 12 讲次 授课题目 第八章 齿轮传动 8-1 概述 8-2 轮齿的失效形式及设计准则 8-3 齿轮的材料及其选择 【目的要求】 掌握齿轮传动的失效形式、设计准则以及材料选择等基础知识； 【重 点】 齿轮传动的设计准则； 【难 点】 齿轮材料选择； 内 容 第八章 齿轮传动 8-1 概述 一、齿轮传动的特点、类型和基本问题 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其应用范围十分广泛，型式多样，传递功率从 很小到很大（可高达数万千瓦）。 1．特点： 1）传动效率高 可达 99％。在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； 2）结构紧凑 与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较 小； 与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长； 3）传动比稳定 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的 原因之一； 4）与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。 2．分类 按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 锥齿轮传动 人字齿轮传动 按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。 按使用情况分：动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。 传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。 按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS） 硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS） 3．两个基本问题： (1)传动平稳 就是要保证瞬时传动比恒定，以减小齿轮啮合中的冲击、振动和噪声。 (2)足够的承载能力 就是要在尺寸、质量较小的前提下．保证在预定的使用期限内不发 生失效。 二、圆柱齿轮的基本参数 1）模数 m 为防止轮齿太小引起意外断齿，对于动力传动，一般要求：m≥1.5～2 mm。 圆柱齿轮的模数标准系列见表 8-7

2）传功比i和齿数比u传功比i=唑_三丛，2齿数比u=（1为小轮，2为大轮）n丛Z主Z1对于减速传动，u=i；1对于增速传动，u=一。73）中心距a应将中心距设计为整数，最好是以0或5结尾的整数。大批量生产时，中心距按有关的推荐值选用。4）齿宽b和齿宽系数ab齿宽系数对于一般用途的齿轮，可按表8-8选取。Wa =d,齿宽b=ad,（须取整）取大轮齿宽 b2=b (=ad,)（圆整）。L小轮齿宽b=bz+(5~10)mm,三、精度选择齿轮精度等级应根据传动的用途，使用条件、传动功率和圆周速度等确定。表9一4给出了各种精度等级齿轮的使用和加工情况等，供选择精度等级时参考。常用5一9级精度齿轮的最大圆周速度见表9—5

2）传功比 i 和齿数比 u 传功比 主 从 从 主 z z n n i = = ； 齿数比 1 2 z z u = 。 （ 1 为小轮， 2 为大轮） 对于减速传动， u = i ； 对于增速传动， i u 1 = 。 3）中心距 a 应将中心距设计为整数，最好是以 0 或 5 结尾的整数。大批量生产时，中 心距按有关的推荐值选用。 4）齿宽 b 和齿宽系数  d 齿宽系数 d1 b  d = ； 对于一般用途的齿轮，可按表 8-8 选取  d 。 齿宽 b = d d1 （须取整） 取 大轮齿宽 b2 ＝b（＝ d 1 d ） （圆整）。 小轮齿宽 b1 = b2 + （5～10） mm， 三、精度选择 齿轮精度等级应根据传动的用途，使用条件、传动功率和圆周速度等确定。表 9—4 给出了 各种精度等级齿轮的使用和加工情况等，供选择精度等级时参考。常用 5—9 级精度齿轮的最 大圆周速度见表 9—5

8-2轮齿的失效形式及设计准则一、齿轮的主要失效形式齿轮传动的失效主要是指轮齿的失效，其失效形式是多种多样的。常见的失效形式有：1.轮齿折断从形态上看，轮齿折断有整体折断和局部折断就损伤机理来说，轮齿的折断也分为两类：即疲劳折断和过载（静力）折断2.齿面点蚀轮齿工作时．其工作表面上的接触应力是随时间而变化的脉动循环应力。主要发生于闭式传动。3.齿面磨粒磨损当铁屑、粉尘等微粒进入轮齿的啮合部位时.将引起齿面的磨粒磨损。主要发生于开式传动。4.齿面胶合按其形成的条件，又可分为热胶合和冷胶合。5.齿面塑性变形重载时在摩擦力的作用下。可能产生齿面的塑性流动，从而破坏原有的正确齿形。二、齿轮的设计准则对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是：■保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。■保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。由实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。闭式硬齿面或开式齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主

8-2 轮齿的失效形式及设计准则 一、齿轮的主要失效形式 齿轮传动的失效主要是指轮齿的失效，其失效形式是多种多样的。常见的失效形式有： 1．轮齿折断 从形态上看，轮齿折断有整体折断和局部折断； 就损伤机理来说，轮齿的折断也分为两类：即疲劳折断和过载(静力)折断； 2．齿面点蚀 轮齿工作时．其工作表面上的接触应力是随时间而变化的脉动循环应力。 主要发生于闭式传动。 3．齿面磨粒磨损 当铁屑、粉尘等微粒进入轮齿的啮合部位时．将引起齿面的磨粒磨损。 主要发生于开式传动。 4．齿面胶合 按其形成的条件，又可分为热胶合和冷胶合。 5．齿面塑性变形 重载时在摩擦力的作用下．可能产生齿面的塑性流动，从而破坏原有 的正确齿形。 二、齿轮的设计准则 对一般工况下的齿轮传动，其设计准则是： 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。 对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。 由实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主。 闭式硬齿面或开式 齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主

8-3概述轮齿的失效形式及设计准则齿轮的材料及其选择一、对齿轮材料性能的要求齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿面硬、芯部韧。二、常用的齿轮材料钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料：铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料：非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合三、齿轮材料选用的基本原则齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；应考虑齿轮尺寸大小，毛坏成型方法及热处理和制造工艺：钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多。[本讲作业]思考题8-2、8-3

8-3 概述轮齿的失效形式及设计准则齿轮的材料及其选择 一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合 能力，即要求：齿面硬、芯部韧。 二、常用的齿轮材料 钢：许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料； 铸铁：常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料； 非金属材料：适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合 三、齿轮材料选用的基本原则 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等； 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在 30~50HBS 或更多。 [本讲作业] 思考题 8-2、8-3