9.6 渐开线齿轮和齿轮轮齿（课件）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

9.6 渐开线齿轮和齿轮轮齿 《机械基础》（机工版） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 01 03 02 了解齿轮的精度和圆柱齿轮ISO齿面公差分级制。 了解齿轮轮齿的常见失效形式。 理解常见失效形式的产生机理。 新知学习 情景导入 同学们，你们见过机床运转时齿轮突然卡住吗？汽修时有没有发现变速箱里的齿轮表面坑坑洼洼、还有磨损的痕迹？这些其实都和齿轮的质量有关。齿轮转得稳不稳、用得久不久，取决于它的精度；齿面出现小坑（点蚀）、磨薄了（磨损）、粘在一起（胶合），甚至齿断了，都会让设备出故障。今天咱们就来学齿轮的精度等级怎么划分。 新知学习 根据齿轮的使用要求，齿轮的精度可由四个方面组成，即运动精度、工作平稳性精度接触精度和齿轮副侧隙。 1.运动精度 运动精度是指齿轮传动传递运动的准确性，通常以齿轮每回转一周时，其转角的误差来反映。转角误差越小，传递运动越准确，传动比越准确。 由于加工中存在误差，齿轮轮齿在圆周上具有分布不均匀的特征。因此，从动齿轮的实际转角与理论转角之间必然会出现转角误差。为了满足使用要求，规定在齿轮转一周的过程中，转角最大误差的绝对值不应超过一定的限度。 新知学习 一、齿轮的精度 新知学习 2.工作平稳性精度 由于齿轮加工中齿距及齿廓存在偏差，在齿轮传动的过程中，其转角误差忽大忽小，且多次正、负交替变化，造成瞬时传动比不稳定，工作不平稳。因此需要将在齿轮一转中瞬时传动比的变化限制在一定的范围内。 3.接触精度 接触精度是指齿轮在传动中，其工作齿面所承受载荷的分布均匀性。齿轮在合过程中，若接触不均匀，将造成局部应力较大而导致轮齿过早磨损，因此希望齿面接触面积大而均匀。接触精度通常用接触斑点占整个齿面的比例来表示。 新知学习 一、齿轮的精度 新知学习 4.齿轮副侧隙 轮齿受力时有变形，发热时会膨胀，安装与制造不精确，都会出现卡死现象。为了防止齿轮相互卡死，储存润滑剂以改善齿面的摩擦条件，一对相互合的轮齿在非工作齿面沿齿廓法线方向应留有一定的间隙，此间隙称为齿轮副侧隙。影响齿轮副侧隙的因素是中心距偏差和齿廓偏差。为了使齿轮传动有良好的性能，对以上四个方面的精度都有一定的要求。但由于齿轮传动的应用场合不同，对各方面的要求必有不同的侧重。例如，对于仪表及分度机构，运动精度是主要的;对于汽车、机床等的变速箱中高速运转的齿轮，工作平稳性精度是主要的;对于起重机、轧钢机等中低速重载的齿轮传动，接触精度是主要的。 新知学习 一、齿轮的精度 新知学习 圆柱齿轮的精度标准是决定齿轮质量水平和经济效益的关键因素。自2001年起，我国开始修订第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ三个公差组和若干检验组的齿轮精度评定指标，逐步建立与国际齿轮精度等级标准接轨的圆柱齿轮IS0齿面公差分级制，国家标准代号为GB/T10095。依据测量原理、测量装备和评价方法的不同，GB/T10095由两个部分构成，第1部分:齿面偏差的定义和允许值(GB/T10095.1);第2部分：径向综合偏差的定义和允许值(GB/T10095.2)。两个部分的评价体系没有相关性，但可以相互结合，一起使用。 新知学习 二、圆柱齿轮 ISO 齿面公差分级制 新知学习 1.齿面偏差的定义和允许值(GB/T 10095.-2022 本标准规定了单个渐开线圆柱齿轮齿面的制造和合格判定的公差等级，还规定了各项发面公差的术语、齿面公差分级制的结构和允许值。按照公差值由小到大的顺序，定义了11个齿面公差等级，为1~11级,1级精度最高，11级精度最低。 (1)齿面偏差的术语、定义和符号(节选) 1)基准轴线。用来定义齿轮偏差项目的轴线，由齿轮基准面确定。 2)齿距偏差。在齿轮的端平面内、测量圆上实际齿距与理论齿距的代数差。它又包括单个齿距偏差fP，任一齿距累积偏差Fpi和齿距累积总偏差Fp等多个检测项目。 3)齿廓偏差。被测齿廓偏离设计齿廓的量。它又包括齿廓总偏差Fa、齿廓形状偏差ffa、齿廓倾斜偏差fHa。等多个检测项目。 新知学习 二、圆柱齿轮 ISO 齿面公差分级制 新知学习 4)螺旋线偏差。被测螺旋线偏离设计螺旋线的量。它又包括螺旋线总偏差Fβ、螺旋线形状偏差frβ和螺旋线倾斜偏差fHβ。等多个检测项目。 (2)IS0齿面公差分级制的应用 1)某些能够保证测量效果的设计和应用，或未描述的内容，应在合同文件中加以说明。 2)除非供需双方有特别的约定，具体的测量方法或文件不做强制规定。 3)齿面公差等级的标识:GB/T10095.1-2022等级A，A表示设计齿面公差等级 4)齿轮总的公差等级应由本标准规定的所有偏差项目中最大公差等级数来确定。 新知学习 二、圆柱齿轮 ISO 齿面公差分级制 新知学习 新知学习 二、圆柱齿轮 ISO 齿面公差分级制 新知学习 2.径向综合偏差的定义和允许值(GB/T 10095.2-2023) 本标准规定了单个渐开线圆柱齿轮及扇形齿轮的径向综合偏差的公差分级、径向综合偏差的定义、公差分级制的结构和偏差允许值，提供了单个产品齿轮与码特齿轮双面啮合时径向综合偏差的公差计算公式等，适用于齿数不小于3，分度圆直径不大于600mm的齿轮。 (1)径向综合偏差术语、定义及符号(节选) 1)产品齿轮。是指正在被测量和被评定的齿轮。 2)码特齿轮。双面啮合测量中，满足精度要求并用来测量产品齿轮径向综合偏差的齿轮。 3)双面啮合测量。码特齿轮与产品齿轮在弹力作用下做不脱齿、无侧隙回转啮合运动期间，对中心距变动的测量。 4)一齿径向综合偏差fid。产品齿轮的所有轮齿与码特齿轮双面合测量中，中心距在任一齿距内的最大变动量。一齿径向综合偏差的最大允许值称为一齿径向综合公差fidT。 5)径向综合总偏差Fid。产品齿轮的所有轮齿与码特齿轮双面合测量中，中心距的最大值与最小值之差。径向综合总偏差的最大允许值称为径向综合总公差FidT。 新知学习 二、圆柱齿轮 ISO 齿面公差分级制 新知学习 (2)ISO径向综合公差分级制的应用 1)本标准仅适用于平行轴齿轮，经供需双方商定，也可用于蜗杆、齿条等其他齿轮。 2)本标准采用独立的公差等级，将径向综合总偏差和一齿径向综合偏差划分为21个公差等级，为R30~R50，其中R30精度最高，R50精度最低。确定一个齿轮的IS0径向综合公差等级时，应同时满足以上两个项目的公差要求。 3)产品齿轮与码特齿轮之间不应有啮合干涉。 4)验收标准:产品齿轮的径向综合公差等级是指本标准中规定的各项公差的最大等级，且适用于产品齿轮与码特齿轮啮合测定的情况。 5)径向综合公差等级或公差的标注方式为:GB/T10095.2-2023Rxx级。 新知学习 二、圆柱齿轮 ISO 齿面公差分级制 新知学习 齿轮在传递动力时，一方面由于两齿面为线接触，表层会产生很大的接触应力;另一方面由于啮合过程是周期性变化的，因此其接触应力循环变化。经过长期的循环应力作用轮齿表面将产生疲劳裂纹。若润滑油进人裂纹，则在另一齿轮轮齿的挤压下，裂纹中的油压会升高而加速裂纹扩展，导致齿面金属剥落，形成小坑，这种现象称为齿面点蚀，如图 9-46 所示。 新知学习 三、齿面点蚀 新知学习 齿面点蚀一般出现在靠近节线的齿根部位，如图9-47所示，它是闭式齿轮传动的主要失效形式。在开式传动中，由于齿面磨损较快，齿面点蚀还来不及出现或扩展即被磨掉，一般看不见齿面点蚀现象。齿面点虫使轮齿的工作表面损坏，造成传动不平稳和产生噪声，轮长费合情况会逐渐恶化，从而导致齿轮报废。 提高齿面硬度是减少齿面点蚀的有效措施，降低齿面表面糙度值、合理选择润滑油的黏度及采用正角度变位齿轮传动产，也可以提高抗齿面点蚀的能力。 新知学习 三、齿面点蚀 新知学习 由于齿面间的相对滑动，轮齿在工作一定时间后必然会产生 一定量的损。如果损t符合预期，则称为正常磨损。若齿面间 有砂粒、金属屑等进人，则会加剧齿面损，此称为磨粒磨损。 齿面磨损的发生部位为齿轮轮齿的接触面。齿轮发生齿面损 后，将引起齿廓变形和使齿厚变薄，从而产生振动和噪声:至会因轮齿过薄而断裂。齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式，如图9-48所示。采用闭式齿轮传动，同时提高齿面硬度，减小接触应力；低齿面的表面粗糙度值，保持润滑油的清洁等，都有利于减少齿面磨损。 新知学习 四、齿面磨损 新知学习 相互啮合的轮齿齿面，在一定温度和压力的作用下直接接触，发生粘着，随着齿面的对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着损现象称为齿面胶合。齿面胶合有热胶合和冷胶合两种。 齿面胶合是闭式齿轮传动的主要失效形式之一，易于出现在靠近节线的齿顶部位。选用适宜的润滑油、提高硬度、减小表面粗糙度值、采用抗胶合能力强的齿轮材料等都可以提高齿轮的抗齿面胶合能力。 新知学习 五、齿面胶合 新知学习 热胶合是指在高速重载齿轮传动中，由于啮合处产生很大的摩擦热，导致局部温度过5，齿面油膜破裂，使两接触齿面金属熔焊而粘着。冷胶合是指在低速重载齿轮传动中3于局部齿面啮合处压力很大，且速度低，不易形成油膜或表面油膜被挤破，使齿轮金属面直接接触而粘着，如图 9-49 所示。 新知学习 五、齿面胶合 新知学习 材质较软、轮齿表面硬度不高的齿轮，若频繁起动或严重过载，在摩擦力的作用下齿面表层金属沿相对滑动方向发生局部的塑性流动现象，称为齿面塑性变形，如图9-50所示。 轮齿发生齿面塑性变形后，主动齿轮齿面沿节线处形成凹沟，从动齿轮齿面沿节线处形成凸棱，严重时还会在齿顶边缘处出现飞边。提高齿面硬度、选用较大黏度的润滑油等都有助于防止或减轻轮齿发生齿面塑性变形。 新知学习 六、齿面塑性变形 新知学习 齿轮在啮合传动时，轮齿根部受到的弯曲应力最大，且为应力集中区。在循环交变弯曲应力的作用下，当达到一定的循环次数时，轮齿根部将产生微裂纹;继续循环，裂纹将不断扩展，直至断裂。此种折断称为疲劳折断。工作过程中轮齿受到短期过大载荷或过大冲击载荷作用时发生的突然折断，称为过载折断，如图9-51所示。轮齿折断是开式齿轮传动和硬齿面闭 式齿轮传动中轮齿失效的主要形式之一。选择适当的 模数和齿宽，采用合适的材料及热处理工艺，减小齿 根处的应力集中等都可以提高轮齿的抗折断能力。 新知学习 七、轮齿折断 新知学习 随堂练习 （1）什么是齿面点蚀？简述其主要成因。 （2）齿面磨损与胶合有何区别？ 课堂练习 答案：B 解析：精密机床要求传动精度高，4-6级适用于高精度场合，故选B。 1.精密机床的齿轮应采用（ ）ISO精度等级 A. 1-3级 B. 4-6级 C. 7-8级 D. 9-12级 课堂练习 答案：C 解析：材料韧性不足易在应力作用下产生疲劳裂纹，加剧点蚀，故选C。 2.下列哪种情况会加剧齿面点蚀（ ） A. 提高齿面硬度 B. 减小接触应力 C. 材料韧性不足 D. 增加润滑 课堂练习 答案：A 解析：磨损使齿厚减小，导致侧隙增大，传动不平稳，故选A。 3.齿面磨损的主要危害是（ ） A. 齿厚减薄，影响啮合 B. 齿面产生凹坑 C. 轮齿断裂 D. 齿面粘着 课堂练习 答案：B 解析：正火提高材料硬度，可抵抗塑性变形，故选B。 4.正火处理可提高齿轮抗（ ）的能力 A. 点蚀 B. 塑性变形 C. 胶合 D. 折断 课堂练习 答案：B 解析：铸铁脆性大，抗冲击能力差，易折断，故选B。 5.齿轮材料为铸铁时，易发生的失效形式是（ ） A. 塑性变形 B. 折断 C. 点蚀 D. 胶合 课堂练习 答案：C 解析：等级数字越小精度越高，6级精度高于8级，故选C。 6.ISO齿面公差等级中，6级比8级（ ） A. 精度低 B. 公差大 C. 精度高 D. 适用范围广 课堂练习 答案：B 解析：冲击载荷属于短期过载，易导致轮齿过载折断，故选B。 7.轮齿受冲击载荷时，易发生（ ） A. 疲劳折断 B. 过载折断 C. 点蚀 D. 胶合 课堂练习 答案：A 解析：降低转速可减少摩擦生热，避免油膜破裂，减轻胶合，故选A。 8.下列措施中，能减轻齿面胶合的是（ ） A. 降低转速 B. 减小模数 C. 使用粘度低的润滑油 D. 提高齿面粗糙度 课堂小结 感谢观看 $$