精度等级的选择2.doc

轮齿的失效形式
作者：佚名 文章来源：网络转载 点击数： 129 更新时间：2006-7-18
　正常情况下，齿轮的失效都集中在轮齿部位。其主要失效形式有：
　　● 轮齿折断

　　整体折断，一般发生在齿根，这是因为轮齿相当于一个悬臂梁，受力后其齿根部位弯曲应力最大，并受应力集中影响。局部折断，主要由载荷集中造成，通常发生于轮齿的一端（图18-1a）。在齿轮制造安装不良或轴的变形过大时，载荷集中于轮齿的一端，容易引起轮齿的局部折断。
图18-1  轮齿的失效形式
a）局部折断b）齿面点蚀c）齿面胶合d）磨粒磨损e）塑性变形
　　齿轮经长期使用，在载荷多次重复作用下引起的轮齿折断，称疲劳折断；由于短时超过额定载荷（包括一次作用的尖峰载荷）而引起的轮齿折断，称过载折断。二者损伤机理不同，断口形态各异，设计计算方法也不尽相同。
　　一般地说，为防止轮齿折断，齿轮必须具有足够大的模数。其次，增大齿根过渡圆角半径、降低表面粗糙度值、进行齿面强化处理、减轻轮齿加工过程中的损伤，均有利于提高轮齿抗疲劳折断的能力。而尽可能消除载荷分布不均现象，则有利于避免轮齿的局部折断。
　　为避免轮齿折断，通常应对齿轮轮齿进行抗弯曲疲劳强度的计算。必要时，还应进行抗弯曲静强度验算。
　　● 齿面点蚀
　　轮齿工作时，其工作齿面上的接触应力是随时间而变化的脉动循环应力。齿面长时间在这种循环接触应力作用下，可能会出现微小的金属剥落而形成一些浅坑（麻点），这种现象称为齿面点蚀（图18-1b）。齿面点蚀通常发生在润滑良好的闭式齿轮传动中。实践证明，点蚀的部位多发生在轮齿节线附近靠齿根的一侧。这主要是由于该处通常只有一对轮齿啮合，接触应力较高的缘故。
　　提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，采用粘度较高的润滑油以及进行合理的变位等，都能提高齿面抗疲劳点蚀的能力。其中最有效的方法就是提高其齿面硬度。
　　为了避免出现齿面点蚀，对于闭式齿轮传动，通常需要进行齿面接触疲劳强度计算。
　　● 齿面胶合
　　齿面胶合是相啮合轮齿的表面，在一定压力下直接接触发生粘着，并随着齿轮的相对运动，发生齿面金属撕脱或转移的一种粘着磨损现象（图18-1c）。一般说，胶合总是在重载条件下发生。按其形成的条件，又可分为热胶合和冷胶合。
　　热胶合发生于高速、重载的齿轮传动中。由于重载和较大的相对滑动速度，在轮齿间引起局部瞬时高温，导致油膜破裂，从而使两接触齿面金属间产生局部“焊合”而形成胶合。冷胶合则发生于低速、重载的齿轮传动中。它是由于齿面接触压力过大，直接导致油膜压溃而产生的胶合。
　　采用极压型润滑油、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度值、合理选择齿轮参数并进行变位等，均有利于提高齿轮的抗胶合能力。
　　为了防止胶合，对于高速、重载的齿轮传动，可进行抗胶合承载能力的计算。
　　● 齿面磨粒磨损
　　当铁屑、粉尘等微粒进入齿轮的啮合部位时，将引起齿面的磨粒磨损（图18-1d）。闭式齿轮传动，只要经常注意润滑油的更换和清洁，一般不会发生磨粒磨损。开式齿轮传动，由于齿轮外露，其主要失效形式为磨粒磨损。磨粒磨损不仅导致轮齿失去正确的齿形，还会由于齿厚不断减薄而最终引起断齿。
　　与闭式齿轮传动不同，一般认为，开式齿轮传动不会出现齿面点蚀现象。这是因为磨损速度比较快，齿面还来不及达到点蚀的程度，其表层材料就已经被磨掉的缘故。
　　● 齿面塑性变形
　　重载时，在摩擦力的作用下，齿轮可能产生齿面塑性变形（也称齿面塑性流动），从而使轮齿原有的正确齿形遭受破坏。如图18-1e所示，在主、从动齿轮上由于齿面摩擦力方向不同，其齿面变形的表现形式也不同。对于主动齿轮，在节线附近形成凹槽；对于从动齿轮，在节线附近形成凸脊。
齿轮精度等级的选择
作者：佚名 文章来源：网络转载 点击数： 758 更新时间：2006-7-18
　在渐开线圆柱齿轮和锥齿轮精度标准（GB/T 10095.1—2001和GB/T 10095.2—2001）中，分别对圆柱齿轮和锥齿轮规定有12个精度等级，按精度的高低依次为：1、2、…、12。并根据对运动准确性、传动平稳性和载荷分布均匀性的要求不同，将每个精度等级的各项公差依次分成三个组，即第Ⅰ公差组、第Ⅱ公差组和第Ⅲ公差组。此外，还规定了齿坯公差、齿轮副侧隙和图样标注等各项内容。
　　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18-2给出了各种精度等级齿轮的使用和加工方法等，供选择精度等级时参考。常用5～9级精度齿轮允许的最大圆周速度见表18-3。
表18-2  齿轮精度等级、使用和加工情况
精 度 等 级
                    使    用    和    加    工    情    况
2 、3
（特高精度）
  检验用的齿轮，高速齿轮及在重载下要求特别安全可靠的齿轮。需用特殊的工艺方法制造
4 、5
（高 精 度）
  用于高精度传动链及某些危险场合下工作的齿轮，如汽轮机齿轮，航空齿轮等。需要磨齿加工
6 、7
（较高精度）
  用于中等速度的齿轮和要求安全可靠工作的车辆齿轮。一般需要采用磨齿或剃齿工艺，也可用高精度的滚齿加工
8 、9
  （中等精度）
  用于一般设备中速度不高的齿轮。通常用滚齿或插齿加工
10 ~12
  （低 精 度）
  低速传动用不重要的齿轮。其中12级齿轮可不经切削加工而由铸造成形方法得到
表18-3  动力传动齿轮的最大圆周速度          （单位：m∕s）
第Ⅱ公差组
精度等级
       圆  柱  齿  轮  传  动
         锥  齿  轮  传  动
直   齿
斜    齿
直   齿
曲 线 齿
5级及其以上
6级
7级
8级
9级
≥15
＜15
＜10
＜6
＜2
≥30
＜30
＜15
＜10
＜4
≥12
＜12
＜8
＜4
＜1．5
≥20
＜20
＜10
＜7
＜3
注：锥齿轮传动的圆周速度按平均直径计算。
⑴闭式传动 闭式传动的主要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。当采用软齿面（齿面硬度≤350HBS）时，其齿面接触疲劳强度相对较低。因此，一般应首先按齿面接触疲劳强度条件，计算齿轮的分度圆直径及其主要几何参数（如中心距、齿宽等），然后再对其轮齿的抗弯曲疲劳强度进行校核。当采用硬齿面（齿面硬度＞350HBS）时，则一般应首先按齿轮的抗弯曲疲劳强度条件，确定齿轮的模数及其主要几何参数，然后再校核其齿面接触疲劳强度。　　　　⑵开式传动 开式传动的主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳折断。由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对其进行抗弯曲疲劳强度计算，并采用适当加大模数的方法来考虑磨粒磨损的影响。
本手册中的圆柱齿轮精度摘自（GB10095—88），现将有关规定和定义简要说明如下：

(1) 精度等级

    齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，第1级的精度最高，第12级的精度最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取成相同，也允许取成不相同。
齿轮的各项公差和极限偏差分成三个组

齿轮各项公差和极限偏差的分组

公差组
公差与极限偏差项目
误差特性
对传动性能的主要影响
Ⅰ
Fi′、FP、FPk
Fi″、Fr、Fw
以齿轮一转为周期的误差
传递运动的准确性
Ⅱ
fi′、fi″、ff
±fPt、±fPb、ffβ
在齿轮一周内，多次周
期地重复出现的误差
传动的平稳性，噪声，振动
Ⅲ
Fβ、Fb、±FPx
齿向线的误差
载荷分布的均匀性
根据使用的要求不同，允许各公差组选用不同的精度等级，但在同一公差组内，各项公差与极限偏差应保持相同的精度等级。

齿轮传动精度等级的选用

按机器类型选择              按速度、加工、工作条件选择

机 器 类 型
精度等级

机 器 类 型
精度等级
测量齿轮
3～5
一般用途减速器
6～8
透平机用减速器
3～6
载重汽车
6～9
金属切削机床
3～8
拖拉机及轧钢机的小齿轮
6～10
航空发动机
4～7
起重机械
7～10
轻便汽车
5～8
矿山用卷扬机
8～10
内燃机车和电气机车
5～8
农业机械
8～11
轮类零件的结构设计
作者：佚名 文章来源：网络转载 点击数： 165 更新时间：2006-7-24
轮类零件的类型很多，本节主要介绍齿轮、蜗轮、带轮等轮类传动件的结构设计。 1．轮类零件的结构 轮类零件大多为盘状结构，基本由轮缘、腹板（或轮辐）和轮毂三部分组成，如图26-1所示。通常轮缘位于外部，是实现特定传动功能的部位；轮毂是与轴实现连接的部分；腹板或轮辐介于轮缘和轮毂之间，起连接轮缘和轮毂的作用。

a) 腹板式结构 b) 轮辐式结构 c) 实心式结构图
图26-1 轮类零件的结构 2.轮类零件结构设计的基本要求和通用尺寸
轮类零件结构设计的主要任务是完成轮缘、腹板（轮辐）及轮毂的结构型式及尺寸的确定。这部分结构尺寸通常是根据各种零件通用尺寸设计规范中推荐的经验公式确定，这也是结构设计的常用方法。在进行轮类零件结构设计时， 应注意以下基本要求：
1) 轮缘的设计
轮类零件靠轮缘的工作部分与其它传动件的接触传递运动和动力，为保证其工作部分具有良好的工作性能，轮缘在整体上应有一定的强度和刚度。对于有腹板（轮辐）的轮类零件，结构设计中主要是确定轮缘的厚度。
2) 腹板（轮辐）的设计
中等直径的轮类零件常采用锻造毛坯，做成腹板式结构（图26-1a）。腹板的型式有多种，随零件的类型、尺寸和毛坯的制造工艺等因素而不同。设计中应考虑节省材料、减轻重量、简化制造工艺。在高速条件下工作的零件，还应注意腹板结构对振动和噪声的影响。一般结构设计中主要是确定腹板的厚度。
轮缘和腹板多为整体式结构。但有时为节约贵重金属，也可将轮缘和腹板用不同材料分别制造加工，然后将二者连接装配成一体。这种结构称为组合式结构，常见于尺寸较大的蜗轮、齿轮等零件。具体连接方法见表26-1中组合式蜗轮。
直径较大的轮类零件，受锻造设备的限制常选用铸造毛坯，并做成轮辐式结构（图26-1b）。结构设计时应合理确定轮辐的个数及其横截面形状和尺寸，重要场合应通过强度计算确定，具体方法可参考有关设计资料。
小直径轮类零件常不设腹板或轮辐，而采用轮缘与轮毂直接相连的实心式结构（图26-1c）。
3) 轮毂的设计
轮类零件通过轮毂与轴的连接传递运动和载荷，轮毂的形状、尺寸 和位置将直接影响其承载能力和零件整体与轴的定位精度。
（1）轮毂在轴向应有适当的宽度
（2）轮毂在径向应有一定的厚度
（3）轮毂、轮缘和腹板应有合理的相对位置
（4）注意轮毂端面设计
以上四点都有一些具体注意事项。
注意事项
适当的宽度 　　轮毂在轴向应有适当的宽度。轮毂通过毂孔表面与轴的配合实现零件的径向定位，为保证足够的定位精度和承载能力，轮毂的宽度不能过小。圆柱齿轮轮毂的宽度不应小于齿宽。对于锥齿轮、蜗轮等轴向力较大的零件，轮毂宽度宜取大些。轮毂宽度一般根据轴的直径确定。 　　一定的厚度 　　轮毂在径向应有一定的厚度。轮毂与轴常用键和过盈连接，为保证连接强度和载荷传递能力，轮毂需要足够的厚度。通常可根据轴的直径确定轮毂的厚度。
　　实心结构的齿轮采用键连接时，毂孔上的键槽对轮毂的强度有所削弱，故轮毂的剩余厚度e应满足一定要求（见表26-1中实心式齿轮）。e值不满足要求时，应将齿轮与轴做成一体。但一体式结构的齿轮加工不便，而且齿轮一旦失效，将与轴同时报废。因此e值满足要求时，齿轮与轴应设计成分体式结构。 　　合理的相对位置 　　轮毂、轮缘和腹板应有合理的相对位置。通常轮毂与轮缘和腹板对称布置，但有时轮毂也可偏置。如图26-2a所示的链轮，当传递载荷较小时，与轴采用紧定螺钉联接，故轮毂设计成偏置的结构；当齿轮产生齿向载荷分布不均时，若将腹板向受力较小的一侧偏置（图26-2b），使受力较大一侧轮齿的刚度下降，则有利于改善轮齿的受力情况；对于轴向力方向固定的零件，通常将轮毂向轴向力指向一侧偏置，如表26-中实心式和腹板式锥齿轮。
　　图26-3中，带轮轮毂采用了不同的偏置方向。a图结构带轮的压轴力距支点较近，轴受力较好；b图结构轮毂左侧刚度较小，可缓解轴毂过盈配合产生的应力集中，轴的疲劳强度较好。 　　端面设计 　　注意轮毂端面的设计。轮类零件在轴上的装配位置常靠轴肩限定（如图26-3中的带轮），为保证轮毂端面与轴肩端面接触良好，轮毂端面除相对毂孔中心线应有一定的垂直度要求外，还应具有较小的粗糙度值。齿轮、蜗轮等重要零件，在相应的标准中对此都有具体的规定。
　　　　　　　　　　　　　 图26-2 轮毂与腹板的偏置结构
a) 轮毂偏置的链轮 b) 腹板偏置的齿轮
图26-3 带轮轮毂偏置结构的应用
a) 改善轴的受力 b) 改善应力
按工作条件和齿面硬度的齿轮分类
作者：佚名 文章来源：网络转载 点击数： 190 更新时间：2006-7-18
在齿轮传动设计中，承载能力计算总是针对轮齿的某种失效形式进行的，而轮齿的失效形式又与其工作条件和齿面硬度等因素密切相关。不难想象：如果齿轮是在一个密闭的润滑良好的空间内工作，不与机器所处的外部环境相接触，那么空气中的粉尘就不能侵入齿轮的啮合齿面间，轮齿一般也不会发生齿面的磨粒磨损。相反，如果齿轮暴露在大气环境中，任由机器所处环境空气中的粉尘直接侵入齿轮的啮合齿面间，则齿面磨损的发生也就在所难免了。以上例子说明了轮齿的失效形式是与齿轮的工作条件有关的。相对于机器所处的环境来说，通常人们将在封闭空间内工作的（与环境隔离开来的）齿轮传动称为闭式齿轮传动，否则即称为开式齿轮传动。不难理解，齿面的承载能力应与齿面硬度有关，硬度越高，则其承载能力也越高。根据齿面硬度的大小，通常人们将齿轮传动分为两类，即硬齿面齿轮传动和软齿面齿轮传动。一对啮合齿轮的齿面硬度均大于350HBS者，称为硬齿面齿轮传动，否则即称为软齿面齿轮传动。因此，齿轮传动按工作条件和齿面硬度可作以下分类：

轮齿的失效形式
作者：佚名 文章来源：网络转载 点击数： 130 更新时间：2006-7-18
　正常情况下，齿轮的失效都集中在轮齿部位。其主要失效形式有：
　　● 轮齿折断

　　整体折断，一般发生在齿根，这是因为轮齿相当于一个悬臂梁，受力后其齿根部位弯曲应力最大，并受应力集中影响。局部折断，主要由载荷集中造成，通常发生于轮齿的一端（图18-1a）。在齿轮制造安装不良或轴的变形过大时，载荷集中于轮齿的一端，容易引起轮齿的局部折断。
图18-1  轮齿的失效形式
a）局部折断b）齿面点蚀c）齿面胶合d）磨粒磨损e）塑性变形
　　齿轮经长期使用，在载荷多次重复作用下引起的轮齿折断，称疲劳折断；由于短时超过额定载荷（包括一次作用的尖峰载荷）而引起的轮齿折断，称过载折断。二者损伤机理不同，断口形态各异，设计计算方法也不尽相同。
　　一般地说，为防止轮齿折断，齿轮必须具有足够大的模数。其次，增大齿根过渡圆角半径、降低表面粗糙度值、进行齿面强化处理、减轻轮齿加工过程中的损伤，均有利于提高轮齿抗疲劳折断的能力。而尽可能消除载荷分布不均现象，则有利于避免轮齿的局部折断。
　　为避免轮齿折断，通常应对齿轮轮齿进行抗弯曲疲劳强度的计算。必要时，还应进行抗弯曲静强度验算。
　　● 齿面点蚀
　　轮齿工作时，其工作齿面上的接触应力是随时间而变化的脉动循环应力。齿面长时间在这种循环接触应力作用下，可能会出现微小的金属剥落而形成一些浅坑（麻点），这种现象称为齿面点蚀（图18-1b）。齿面点蚀通常发生在润滑良好的闭式齿轮传动中。实践证明，点蚀的部位多发生在轮齿节线附近靠齿根的一侧。这主要是由于该处通常只有一对轮齿啮合，接触应力较高的缘故。
　　提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，采用粘度较高的润滑油以及进行合理的变位等，都能提高齿面抗疲劳点蚀的能力。其中最有效的方法就是提高其齿面硬度。
　　为了避免出现齿面点蚀，对于闭式齿轮传动，通常需要进行齿面接触疲劳强度计算。
　　● 齿面胶合
　　齿面胶合是相啮合轮齿的表面，在一定压力下直接接触发生粘着，并随着齿轮的相对运动，发生齿面金属撕脱或转移的一种粘着磨损现象（图18-1c）。一般说，胶合总是在重载条件下发生。按其形成的条件，又可分为热胶合和冷胶合。
　　热胶合发生于高速、重载的齿轮传动中。由于重载和较大的相对滑动速度，在轮齿间引起局部瞬时高温，导致油膜破裂，从而使两接触齿面金属间产生局部“焊合”而形成胶合。冷胶合则发生于低速、重载的齿轮传动中。它是由于齿面接触压力过大，直接导致油膜压溃而产生的胶合。
　　采用极压型润滑油、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度值、合理选择齿轮参数并进行变位等，均有利于提高齿轮的抗胶合能力。
　　为了防止胶合，对于高速、重载的齿轮传动，可进行抗胶合承载能力的计算。
　　● 齿面磨粒磨损
　　当铁屑、粉尘等微粒进入齿轮的啮合部位时，将引起齿面的磨粒磨损（图18-1d）。闭式齿轮传动，只要经常注意润滑油的更换和清洁，一般不会发生磨粒磨损。开式齿轮传动，由于齿轮外露，其主要失效形式为磨粒磨损。磨粒磨损不仅导致轮齿失去正确的齿形，还会由于齿厚不断减薄而最终引起断齿。
　　与闭式齿轮传动不同，一般认为，开式齿轮传动不会出现齿面点蚀现象。这是因为磨损速度比较快，齿面还来不及达到点蚀的程度，其表层材料就已经被磨掉的缘故。
　　● 齿面塑性变形
　　重载时，在摩擦力的作用下，齿轮可能产生齿面塑性变形（也称齿面塑性流动），从而使轮齿原有的正确齿形遭受破坏。如图18-1e所示，在主、从动齿轮上由于齿面摩擦力方向不同，其齿面变形的表现形式也不同。对于主动齿轮，在节线附近形成凹槽；对于从动齿轮，在节线附近形成凸脊。