齒輪基礎知識

1、成都統(tǒng)實 輪緣上有齒，能連續(xù)嚙合傳遞運動和動力的機械原件。神奇的齒輪家族 依照分類標準的不同，齒輪的分類方式有很多種 按齒輪的齒廓曲線 按齒輪的外形 按輪齒所在的表面位置 按齒線的形狀 按齒輪傳動時軸的相對位置 按輪齒的齒面硬度漸開線齒輪擺線齒輪 圓弧齒輪 返回返回圓柱齒輪錐齒輪： 用于傳遞相交軸或交錯軸之間的運動和動力圓柱直齒輪圓柱斜齒輪直齒錐齒輪斜齒錐齒輪弧齒錐齒輪返回返回圓柱人字齒輪非圓齒輪蝸輪蝸桿 齒條返回返回內齒輪外齒輪返回返回斜齒輪人字齒輪曲線齒輪直齒輪返回返回按齒輪傳動時軸的相對位置直齒圓柱齒輪 斜齒平行軸齒輪傳動人字齒非圓柱齒輪直錐相交軸齒輪傳動 斜錐弧錐準雙曲面齒輪弧齒（不相

2、交）交錯軸齒輪傳動蝸輪蝸桿副交錯軸斜齒輪單軸齒輪傳動平行軸、相交軸、交錯軸組圖平行軸、相交軸、交錯軸組圖返回返回 平行軸齒輪傳動 直齒圓柱齒輪 斜齒 人字齒非圓柱齒輪返回返回 直錐相交軸齒輪傳動 斜錐 弧錐返回返回交錯軸齒輪傳動 準雙曲面齒輪傳動弧齒（不相交）蝸輪蝸桿副交錯軸斜齒輪返回返回按齒輪傳動時軸的相對位置平行軸相交軸交錯軸交錯軸交錯軸交錯軸返回軟齒面齒輪（350HB）硬齒面齒輪（350HB） HB:布氏硬度（多用于淬火前的硬度表示） HR:洛氏硬度（多用于淬火后的硬度表示） 返回返回 小齒輪為凸圓弧齒廓，大齒輪為凹圓弧齒廓，稱單圓弧齒輪傳動，常用于高速重載的汽輪機、壓縮機和低速重載的軋

3、鋼機等設備上； 大、小齒輪在各自的節(jié)圓以外部分都做成凸圓弧齒廓，在節(jié)圓以內的部分都做成凹圓弧齒廓，稱雙圓弧齒輪傳動，常用于大型軋鋼機的主傳動返回返回 1.傳遞運動和轉矩：傳遞任意兩軸之間的運動和轉矩。 2.變換運動方式：將轉動變?yōu)橐苿踊驅⒁苿幼優(yōu)檗D動。 3.變速：將高轉速變?yōu)榈娃D速或將低轉速變?yōu)楦咿D速。介紹一種最常見的齒輪發(fā)生線在圓上做無滑動的純滾動，所走過的曲線即為漸開線。漸開線的展成原理 當齒輪的齒數(shù)少于一定數(shù)量時，切齒時齒根會被挖出凹痕，使齒根部位變細，這種現(xiàn)象被稱為根切。 為了防止根切現(xiàn)象的發(fā)生，產(chǎn)生了變位的想法。 變位除了可以避免根切，還可以起到調節(jié)齒輪嚙合中的中心距作用。 變位齒輪

4、傳動可分為高度變位齒輪傳動和角度變位齒輪傳動。通過改變標準刀具對齒輪毛坯的徑向位置或改變標準刀具的齒槽寬切制出的齒形為非標準漸開線齒形的齒輪。切制輪齒時，改變標準刀具對齒輪毛坯的徑向位置稱為高度變位。改變標準刀具的齒槽寬稱為角度變位。最常用的是高度變位，角度變位一般用于圓錐齒輪的變位。用展成法加工齒輪時,若齒條形刀具的中線NN與齒輪毛坯的分度圓相切并作純滾動，加工出來的齒輪稱為標準齒輪。若齒條形刀具的中線不與齒輪毛坯的分度圓相切，而是與刀具中線平行的另一條分度線 （機床節(jié)線）與齒輪毛坯的分度圓相切并作純滾動，則加工出來的齒輪稱為高度變位齒輪。加工高度變位齒輪時，齒條形刀具的中線相對被加工齒輪分

5、度圓移動的距離稱為變位量,用xm表示,x稱為變位系數(shù)，m為模數(shù)。通常規(guī)定，刀具中線相對輪心移遠時，x取正值,稱為正變位；刀具中線相對輪心移近時，x取負值，稱為負變位。 變位齒輪與標準齒輪相比，其模數(shù)、齒數(shù)、壓力角均無變化；但是正變位時，齒廓曲線段離基圓較遠，齒頂圓和齒根圓也相應增大，齒根高減小，齒頂高增大，分度圓齒厚與齒根圓齒厚都增大，但齒頂容易變尖；負變位時，齒廓曲線段離基圓較近，齒頂圓和齒根圓也相應減小，齒根高增大，齒頂高減小，分度圓齒厚和齒根圓齒厚都減小。 高度變位齒輪傳動又稱變位零傳動，其特點是兩輪的變位系數(shù)x1+x2=0。因此，高度變位齒輪傳動的嚙合角等于壓力角，即=；節(jié)圓與分度圓重

6、合，即r=r；中心距a等于標準齒輪傳動的中心距a，即a=a。但由于變位齒輪齒頂高和齒根高發(fā)生了變化，高度變位齒輪傳動可用于中心距等于標準中心距，而又需要提高小齒輪齒根彎曲強度和減小磨損的場合。 角度變位齒輪傳動的特點是x1+x20，故，rr，aa。 與標準齒輪傳動相比，其嚙合角發(fā)生了變化。當x1+x20 時，稱為正傳動，此時，rr,aa。采用正傳動可以提高輪齒的接觸強度和彎曲強度，改善輪齒的磨損，湊配中心距，但重合度有所減小。當x1+x20 時，稱為負傳動，此時，rr，aa。采用負傳動除重合度有所增大外，輪齒彎曲強度降低，磨損加劇。因此，除湊配中心距外，盡量不采用負傳動。 變位齒輪的作用 1）

7、防止根切：如前所述，若滾齒切制的標準齒輪齒數(shù)小于17，則會發(fā)生根切現(xiàn)象，影響實際使用。 2）調節(jié)中心距：標準齒輪中心距用a表示，若實際需要的中心距（用A表示）Aa,可以安裝，卻產(chǎn)生大的側隙，重合度也降低，都影響了傳動的平穩(wěn)性。 3）增強齒輪強度：一對嚙合的標準齒輪，由于小齒輪齒根厚度薄，參與嚙合的次數(shù)又較多，因此強度較低，容易損壞，影響了齒輪傳動的承載能力。 4）減小齒輪傳動的結構尺寸，減輕重量：在傳動比一定的情況下，可是小齒輪齒數(shù)盡可能的少，從而使傳動的結構尺寸減小，減輕機構重量。 5)修復破損舊齒輪：齒輪傳動中，小齒輪磨損較重，大齒輪磨損較輕，可以利用變位把大齒輪齒面磨損部位切去再使用，重

8、配一個正變位小齒輪，這就節(jié)約了修配是需要的材料與加工費用。 齒輪傳動因其潤滑方式不同，材料及熱處理方式不同，齒輪傳動的載荷和速度范圍不同，即工作條件工作條件及及齒面硬度的不同，齒面硬度的不同，所表現(xiàn)出的主要失效形式也不同。下面分別討論各種主要的失效形式：失效部位失效部位:一般情況下，齒輪傳動的失效部位主要集中在輪齒一般情況下，齒輪傳動的失效部位主要集中在輪齒（帶傳動的失效部位是（帶傳動的失效部位是帶帶，鏈傳動的失效部位是，鏈傳動的失效部位是鏈鏈條條）。）。 一、一、失效形式失效形式1.輪齒折斷輪齒折斷(Tooth Fracture)輪齒折斷分類及產(chǎn)生的原因輪齒折斷分類及產(chǎn)生的原因過載折斷過載折

9、斷折 斷 分折 斷 分類類疲勞折斷疲勞折斷全齒折斷：全齒折斷：直齒輪直齒輪局部折斷：局部折斷：斜齒輪接觸線傾斜、斜齒輪接觸線傾斜、 齒寬方向接觸不良齒寬方向接觸不良折斷形式折斷形式產(chǎn)生的部位產(chǎn)生的部位：通常發(fā)生在通常發(fā)生在輪齒的輪齒的根部根部。因輪齒受力似懸臂因輪齒受力似懸臂梁受力情況，齒的根梁受力情況，齒的根部應力最大且有應力部應力最大且有應力集中。集中。 輪齒折斷是一種最危險的失效形式，輪齒折斷是一種最危險的失效形式，應避免其發(fā)生。應避免其發(fā)生。 輪齒折斷實例輪齒折斷實例防止或減輕的途徑防止或減輕的途徑：n設計保證設計保證s sFs sFn增大齒根圓角半徑增大齒根圓角半徑n適當降低齒根圓角

10、表面粗糙度適當降低齒根圓角表面粗糙度n齒根處采用強化措施齒根處采用強化措施(如噴丸處理如噴丸處理)n避免出現(xiàn)熱處理裂紋避免出現(xiàn)熱處理裂紋n減輕加工損傷，如磨削燒傷、滾切拉傷減輕加工損傷，如磨削燒傷、滾切拉傷n增大軸及軸承的剛性，使齒輪接觸線上受載均增大軸及軸承的剛性，使齒輪接觸線上受載均勻勻n采用合理的熱處理方法，齒芯有足夠的韌性采用合理的熱處理方法，齒芯有足夠的韌性2.齒面點蝕齒面點蝕(Surface Pitting)齒面點蝕的概念：齒輪工作齒面點蝕的概念：齒輪工作時，齒面受脈動循環(huán)變應力的時，齒面受脈動循環(huán)變應力的作用。在這種變應力的作用之作用。在這種變應力的作用之下，齒面首先產(chǎn)生疲勞裂紋

11、，下，齒面首先產(chǎn)生疲勞裂紋，然后齒面金屬小塊剝落，形成然后齒面金屬小塊剝落，形成小凹坑。這種小凹坑不斷增多小凹坑。這種小凹坑不斷增多或擴展成大凹坑，這種現(xiàn)象稱或擴展成大凹坑，這種現(xiàn)象稱為齒面點蝕。為齒面點蝕。 產(chǎn)生的部位產(chǎn)生的部位：實踐表明齒面點蝕首先出現(xiàn)在實踐表明齒面點蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線附近節(jié)線附近的齒根表面處。因節(jié)線附近相對滑動速度的齒根表面處。因節(jié)線附近相對滑動速度低，不易形成油膜，齒嚙合對數(shù)少。低，不易形成油膜，齒嚙合對數(shù)少。 主動被動注意的問題注意的問題：1）潤滑油的品質對齒面點蝕有重要影響。）潤滑油的品質對齒面點蝕有重要影響。粘度低的潤滑油加快裂紋的擴展。粘度低的潤滑油加快裂紋的擴展

12、。 收斂性點蝕收斂性點蝕擴展性點蝕擴展性點蝕點蝕點蝕a.閉式軟齒面齒輪出現(xiàn)的是收斂性點蝕閉式軟齒面齒輪出現(xiàn)的是收斂性點蝕b.閉式硬齒面齒輪不太容易出現(xiàn)疲勞點閉式硬齒面齒輪不太容易出現(xiàn)疲勞點蝕蝕 ，但一經(jīng)發(fā)生就將形成擴展性點蝕，但一經(jīng)發(fā)生就將形成擴展性點蝕c.開式齒輪傳動一般看不到點蝕現(xiàn)象開式齒輪傳動一般看不到點蝕現(xiàn)象 2）點蝕實例點蝕實例防止或減輕的途徑防止或減輕的途徑：n設計保證設計保證s sH H s sH H n提高齒面硬度提高齒面硬度n降低齒面粗糙度降低齒面粗糙度n采用合理的變位，大的變位系數(shù)和采用合理的變位，大的變位系數(shù)和xS S= =x1+x2可以增大綜合曲率半徑可以增大綜合曲率半

13、徑 n增大潤滑油粘度增大潤滑油粘度n減小動載荷減小動載荷3.齒面磨損齒面磨損(Tooth-face Wear)齒面磨損齒面磨損磨粒磨損：硬顆粒進入嚙合面磨粒磨損：硬顆粒進入嚙合面研磨磨損：齒面相互摩擦研磨磨損：齒面相互摩擦齒面磨損產(chǎn)生的嚴重齒面磨損產(chǎn)生的嚴重后果是后果是：齒廓失去：齒廓失去正確形狀，側隙增大，沖擊與噪聲變得更正確形狀，側隙增大，沖擊與噪聲變得更為明顯，甚至折斷輪齒。為明顯，甚至折斷輪齒。磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。 齒面磨損實例齒面磨損實例跑合：跑合：閉式齒輪傳動在開始運轉期間，由于齒面閉式齒輪傳動在開始運轉期間，由于齒面粗糙而壓強很大，

14、因此也發(fā)生齒面研磨磨粗糙而壓強很大，因此也發(fā)生齒面研磨磨損；運轉一段時間之后，齒面粗糙度降低損；運轉一段時間之后，齒面粗糙度降低，壓強減小，加上潤滑條件的改善，磨損，壓強減小，加上潤滑條件的改善，磨損現(xiàn)象逐漸減少，這一過程稱為磨合（跑合現(xiàn)象逐漸減少，這一過程稱為磨合（跑合）。）。跑合無害有益，但應及時更換箱體內的跑合無害有益，但應及時更換箱體內的潤滑油，以免出現(xiàn)磨粒磨損。潤滑油，以免出現(xiàn)磨粒磨損。防止或減輕的途徑：防止或減輕的途徑：n采用硬齒面或采用閉式齒輪傳動采用硬齒面或采用閉式齒輪傳動n降低表面粗糙度值降低表面粗糙度值n減低滑動系數(shù)減低滑動系數(shù)n注意潤滑油的清潔注意潤滑油的清潔n加防護裝置

15、加防護裝置4.齒面膠合齒面膠合(Tooth-face Scuffing) 在高速重載的齒輪傳動中，由于齒面間壓力在高速重載的齒輪傳動中，由于齒面間壓力大，相對滑動速度高，因而發(fā)熱量大，使嚙大，相對滑動速度高，因而發(fā)熱量大，使嚙合區(qū)溫度增高而引起潤滑失效，相嚙合兩齒合區(qū)溫度增高而引起潤滑失效，相嚙合兩齒面金屬直接接觸并在瞬間相互粘連，齒輪繼面金屬直接接觸并在瞬間相互粘連，齒輪繼續(xù)轉動時，較弱齒面上的金屬沿滑動方向被續(xù)轉動時，較弱齒面上的金屬沿滑動方向被撕出溝紋這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。撕出溝紋這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。在低速重載傳動中，也可能出現(xiàn)膠合。在低速重載傳動中，也可能出現(xiàn)膠合。產(chǎn)生的部位：產(chǎn)生的

16、部位：在在齒頂及齒根齒頂及齒根處，相對滑動速度較大，處，相對滑動速度較大，因此膠合溝紋首先出現(xiàn)在齒頂面及齒根面因此膠合溝紋首先出現(xiàn)在齒頂面及齒根面嚙合處。嚙合處。 齒面膠合實例齒面膠合實例防止或減輕的途徑：防止或減輕的途徑：n采用角度變位齒輪傳動以降低滑動系數(shù)采用角度變位齒輪傳動以降低滑動系數(shù)n采用較小模數(shù)，降低相對滑動速度采用較小模數(shù)，降低相對滑動速度n選用抗膠合能力強的潤滑劑（極壓潤滑劑）選用抗膠合能力強的潤滑劑（極壓潤滑劑）n選用粘度較大的潤滑油選用粘度較大的潤滑油n選擇抗膠合好的齒輪副材料選擇抗膠合好的齒輪副材料n材料相同時，使大、小齒輪保持適當硬度差材料相同時，使大、小齒輪保持適當硬度差n提高齒面硬度和降低表面粗糙度值提高齒面硬度和降低表面粗糙度值n使用前進行跑合使用前進行跑合5.塑性變形塑性變形(Plastic Distortion)齒面較軟的齒輪在載荷及摩擦力較大時，輪齒面較軟的齒輪在載荷及摩擦力較大時，輪齒表面金屬可能產(chǎn)生塑性流