齿轮失效保护及啮合条件

齿轮传动的失效一般指轮齿的失效。常见的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等几种形式。

轮齿失效形式与传动工作情况相关。

按工作情况:齿轮传动可分为开式传动和闭式传动两种。开式传动是指传动裸露或只有简单的遮盖，工作时环境中粉尘、杂物易侵入啮合齿间，润滑条件较差的情况。闭式传动是指被封闭在箱体内，且润滑良好(常用浸油润滑)的齿轮传动。开式传动失效以磨损及磨损后的折齿为主，闭式传动失效则以疲劳点蚀或胶合为主。

轮齿失效还与受载、工作转速和齿面硬度有关。

硬齿面(硬度＞350HBS)、重载时易发生轮齿折断，高速、中小载荷时易发生疲劳点蚀；软齿面(硬度≤350HBS)、重载、高速时易发生胶合，低速时则产生塑性变形。

常见的轮齿失效形式及产生的原因和预防方法见表1-4-5。

动画1-44　齿轮折断

动画1-45　齿面点蚀

动画1-46　齿面塑性变形

表1-4-5　常见的轮齿失效形式及产生原因和防止措施

动画1-47　防止胶合的措施

动画1-48　防止磨损

续表

1.渐开线的性质

2.一对齿轮正确啮合的条件

直齿圆柱齿轮

m1=m2=m，α1=α2=α

mn1=mn2=m

斜齿圆柱齿轮

αn1=αn2=α

β1=±β2

3.齿轮连续传动的条件

ε=B1B2/pb≥1

4.基本参数

模数、压力角、齿数、当量齿数、齿顶高系数、顶隙系数。

5.基本尺寸

分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、中心距。

6.标准齿轮不产生要根切的最少齿轮

当α=20°、时，zmin=17；当α=20°、时，zmin=14。

7.齿轮传动的失效形式

轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形。

8.齿轮传动主要参数的选择原则

1)齿数和模数

(1)为避免根切，齿数应大于最小齿数。两轮齿数最好互为质数，保证磨损均匀；

(2)对软齿面闭式传动在满足弯曲疲劳强度的条件下，宜选用较小模数、较多齿数，一般z1=20～40；

(3)对硬齿面闭式传动和开式传动应取较大模数以提高齿根弯曲强度，一般z1=17～20；

(4)对动力齿轮传动，一般模数m＞1.5 mm。

2)齿宽系数

(1)加大齿宽可减小齿轮直径和中心距，从而降低圆周速度。但齿宽越大，载荷分布越不均匀，应合理选择，一般减速器φa=0.4；

(2)为保证接触宽度，小齿轮宽度应比大齿轮宽3～5 mm。

3)螺旋角

螺旋角大，可使轴向重合度增大，提高传动的平稳性和承载能力，但考虑轴向力因素，一般取β=8°～15°。

9.蜗杆传动机构的基本特点

蜗杆传动机构主要由蜗杆和蜗轮组成，主要用于传递空间交错的两轴之间的运动和动力，通常轴间交角为90°。一般情况下，蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。

10.蜗杆传动机构的方向

右手法则。

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一、选择题

(1)齿轮渐开线的形状取决于________。

A.齿顶圆半径的大小　B.基圆半径的大小

C.分度圆半径的大小　D.压力角的大小

(2)对一个齿轮来说，________是不存在的。

A.基圆　B.分度圆

C.齿根圆　D.节圆

(3)关于啮合角，下列说法正确的是________。

A.一个标准齿轮的啮合角即为标准压力角

B.啮合角大于或等于标准压力角

C.啮合角是啮合线与过节点的两节圆切线的夹角

D.啮合角不会变化

(4)渐开线齿廓上任意点的法线都切于________。

A.分度圆　B.基圆　C.节圆　D.齿根圆

(5)渐开线在基圆上的压力角α为多大?(　)

A.0°　B.10°　C.20°　D.30°

(6)对正常齿制标准渐开线直齿圆柱齿轮，当用齿条刀具加工时，不发生根切的最小齿数，zmin=________。

A.10　B.15　C.17　D.22

(7)一对标准渐开线圆柱齿轮要正确啮合，它们的________必须相等。

A.直径d　B.模数m　C.齿宽b　D.齿数z

(8)一般开式齿轮传动的主要失效形式是________。

A.齿面胶合　B.齿面疲劳点蚀

C.齿面磨损或轮齿疲劳折断　D.轮齿塑性变形

(9)高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是________。

A.齿面胶合　B.齿面疲劳点蚀

C.齿面磨损　D.轮齿疲劳折断

(10)对于齿面硬度≤350HBS的闭式钢制齿轮传动，其主要失效形式为________。

A.轮齿疲劳折断　B.齿面磨损　C.齿面疲劳点蚀　D.齿面胶合

(11)对于硬度≤350HBS的闭式齿轮传动，设计时一般________。

A.先按接触强度计算　B.先按弯曲强度计算

C.先按磨损条件计算　D.先按胶合条件计算

(12)设计闭式软齿面直齿轮传动时，选择齿数z1的原则是________。

A.zl越多越好　B.zl越少越好　C.z1≥17不产生根切即可

D.在保证轮齿有足够的抗弯疲劳强度的前提下，齿数选多些有利

(13)在设计闭式硬齿面齿轮传动中，直径一定时应取较少的齿数，使模数增大以________。

A.提高齿面接触强度　B.提高轮齿齿根的抗弯曲疲劳强度

C.减少加工切削量，提高生产率　D.提高抗塑性变形能力

(14)斜齿圆柱齿轮的齿数z与模数mn不变，若增大螺旋角β，则分度圆直径d1______________。

A.增大　B.减小

C.不变　D.不一定增大或减小

(15)一对圆柱齿轮传动中，当齿面产生疲劳点蚀时，通常发生在________。

A.靠近齿顶处　B.靠近齿根处

C.靠近节线的齿顶部分　D.靠近节线的齿根部分

二、填空题

(1)按标准中心距安装的渐开线直齿圆柱标准齿轮，节圆与________重合，啮合角在数值上等于________上的压力角。

(2)一对标准渐开线直齿圆柱齿轮要正确啮合，它们必须________和________都相等。

(3)一对标准外啮合斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是________。

(4)一齿轮传动，主动轮齿数z1=32，从动轮齿数z2=80，则传动比i=________。若主动轮转速n1=1 200 r/min，则从动轮转速n2=________。

(5)齿轮传动一般的失效形式有____________________________。

(6)蜗杆传动传动比的正确计算公式为________。

三、简答题

(1)什么是分度圆?标准齿轮的分度圆在什么位置上?

(2)已知一标准直齿圆柱齿轮传动，其传动比i=3.5，模数m=4 mm，二轮齿数之和z1+z2=99，求两齿轮分度圆直径和传动中心距。

(3)已知一对正常齿标准斜齿圆柱齿轮的模数m=3 mm，齿数z1=23、z2=76，分度圆螺旋角β=8°6′34″。试求其中心距、端面压力角、当量齿数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。

(4)某标准直齿圆柱齿轮，已知齿距p=12.566 mm，齿数z=25，正常齿制。求该齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、齿高以及齿厚。