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齿轮传动设计准则及失效形式

齿轮传动设计准则

齿轮传动针对齿轮五种失效形式，应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面

磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及

设计数据，所以目前设计齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面

接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动（如航空发动机主传

动、汽轮发电机组传动等），还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。至于抵

抗其它失效能力，目前虽然一般不进行计算，但应采取的措施，以增强轮齿抵抗这

些失效的能力。

1、闭式齿轮传动

由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于

齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮（如用20、20Cr钢经渗碳后淬火的齿轮）或材

质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。如果两齿轮均为硬齿面且齿

面硬度一样高时，则视具体情况而定。功率较大的传动，例如输入

功率超过75kW勺闭式齿轮传动，发热量大，易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，

为了控制温升，还应作散热能力计算。

2、开式齿轮传动齿轮传动开式（半开式）齿轮传动，按理应根据保

证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但如前所述，对齿面抗磨损能

力的计算方法迄今尚不够完善，故对开式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根

弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式（半开式）齿轮传动的寿命，可视具体

需要而将所求得的模数适当增大。

前已述之，对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸，通常仅作结构设计，不进

行强度计算。

关键

一、失效形式：

齿轮传动失效主要是轮齿失效。由于齿轮传动工作条件，工况、材料及热处理的差

异有不同的失效形式。

1.轮齿折断：齿轮上的每一个轮齿就象一个悬臂梁。

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疲劳折断

①轮齿受载后齿根处出现最大弯曲应力。

②齿根由于尺寸过渡和刀痕引起应力集中。

③在重复载荷作用下，齿根出现裂缝，扩展，导致轮齿折断。

过载折断：

受到突然过载或经过严重磨损后齿厚过分薄发生折断。

折断部位：

斜齿轮沿接触线产生局部折断

直齿轮沿齿根折断

应力性质：

单侧受力时，应力属于脉动循环变应力，双侧受力，应力属于对称循环变应力。

防止折断：除设计时满足强度条件外，还应

①加大齿轮模数

②采用正变位齿轮

③增大齿根过度圆角，消除齿根加工刀痕，齿根处强化处理

④采用高强度钢

⑤齿面进行热处理

2.齿面疲劳点蚀

点蚀产生机理

理论上轮齿齿面接触是一条线，由于弹性变形为很小的面接触，全部载荷作用在很

小的面积上产生相当大的接触应力，当其超过材料的疲劳极限时，在接触应力的反

复作用下，表层产生疲劳裂缝—扩大—连片—剥落—麻窝—点蚀。

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点蚀产生工作条件：

润滑条件良好的闭式传动中，且齿面硬度HBV350;点蚀首先发生在节线附近，然后

向齿根面，最后向齿顶面发展。

①对于V2的齿轮传动，轮齿在节点啮合时，只有一对轮齿承受全部载荷

②相啮合轮齿在节点处，相对运动为纯滚动，油膜不易建立，润滑不良，摩擦力最

大，所以点蚀首先出现在节线