12.1 概述

12.2 渐开线齿轮

12.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动

12.4 渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮的概念

12.5 渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计

12.6 其它齿轮传动

12.5.1 失效形式

齿轮失效一般都是其轮齿部分失效。主要失效形式有：

1．轮齿折断

轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根部弯曲应力最大，而且有应力集中，使得轮齿容易在根部折断。

轮齿折断分为两种情况：一种是当重复受载后，齿根处产生疲劳裂纹，裂纹逐步扩展，致使轮齿折断；另一种是轮齿受到短时过载或冲击载荷而突然折断。

2．齿面点蚀
齿轮工作时，其啮合表面上任一啮合点所产生的接触应力是由零（该点未进入啮合时）逐渐变到最大值（该点啮合时），即齿面接触应力是按脉动循环变化的。齿面长时间在这种循环应力作用下，齿的表面就会发生细微的疲劳裂纹，裂纹的扩展使表层金属微粒剥落下来形成齿面点蚀。实践表明，齿面点蚀多出现在轮齿节线附近靠齿根的一侧。

3．齿面胶合
在高速重载的齿轮传动中，由于齿面间压力很大，造成啮合面间润滑油膜的破裂，使滑动速度较大的、直接接触的金属表面产生瞬时高温而粘连，其中较软齿面上的金属颗粒沿啮合齿面相对滑动速度方向被另一齿面撕下，这种失效形式称为齿面胶合，如图12-30所示。
在低速重载的齿轮传动中，由于齿面间不易形成油膜，也可能出现胶合现象。
为了提高齿轮的抗胶合能力，可以采用抗胶合能力强的润滑油，选择不同齿轮材料组合，提高齿面的硬度和光洁度等。

4．齿面磨损
当灰尘、砂粒、铁屑等落入齿面间时，将引起齿面的磨粒磨损（图12-31）。闭式齿轮传动，只要注意润滑油的更换和清洁，一般不会出现这种齿面磨损。开式齿轮传动，由于齿轮外露，其主要失效形式为齿面磨损。

5．齿面塑性变形

若轮齿的硬度较低，在啮合过程中，轮齿齿面上会产生局部金属流动现象——塑性变形，从而破坏了齿面的渐开线齿形。这种失效形式常在低速、过载和起动频繁的传动中发生。提高齿面硬度，选用粘度较高的润滑油等，都有助于防止或减轻齿面塑性变形。

12.5.2 齿轮材料选择

1.齿轮材料的基本要求

由齿轮的失效形式可知，对齿轮材料的基本要求为：（1）齿面应有足够的硬度；（2）齿芯应有足够的强度和韧性；（3）应有良好的加工工艺性能及热处理性能。

齿轮常用材料是钢，其次是铸铁，有时也采用非金属材料。

2.齿轮材料及热处理

1）锻钢

2）铸钢

当齿轮的尺寸较大（大于 400 ～ 600 mm ）而不便于锻造时，可用铸造方法制造成铸钢齿坯，再进行正火处理。铸钢耐磨性和强度均较好，承载能力稍低于锻钢。

3）铸铁

3.设计准则

齿轮传动的设计准则如下：

对于闭式软齿面齿轮传动，齿面点蚀是主要的失效形式，应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。闭式硬齿面齿轮传动常因齿根折断而失效，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数和其他尺寸，然后再按接触疲劳强度校核齿面的接触强度。

对于开式齿轮传动中的齿轮，齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10％—20％，而无需校核接触强度。

12.5.3 齿轮传动精度等级选择

在设计齿轮传动时，应根据齿轮的用途、使用条件、传递的圆周速度和功率大小等，选择齿轮精度等级。各精度等级对应的各项公差值，可查 GB10095—88或有关设计手册。

12.5.4 直齿圆柱齿轮传动设计

1.轮齿受力分析和计算载荷

1）受力分析

式中： T₁是主动轮传递的扭矩； d₁是主动轮分度圆直径； α是压力角。

在主动轮上圆周力的方向与转动方向相反；在从动轮上圆周力的方向与转动方向一致。径向力的方向分别指向各自的轮心。

2）计算载荷

由上式计算的载荷均为齿轮的名义载荷，考虑齿轮传动实际工况等影响因素，通过修正计算得到的载荷，称为计算载荷 F^'_n。在齿轮传动强度计算中，载荷大小应按计算载荷进行。

F'n=KFn

2.齿面接触疲劳强度计算

齿面点蚀主要于齿面的接触应力的大小有关。为防止齿面点蚀，应保证齿面的最大接触应力 σ_H不大于齿轮材料的许用接触应力 [σ_H] 。

3.齿根弯曲疲劳强度计算