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齒輪傳動 - 機械工程學術語

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齒輪傳動是機械傳動中應用最廣的一種傳動形式，它的傳動比較準確，效率高，結構緊湊，工作可靠，壽命長。

目前齒輪技術可達到的指標：圓周速度v=300m/s，轉速n=10r/min，傳遞的功率P=10KW,模數m=0.004~100mm，直徑d=1mm~152.3mm

基本信息

中文名； 齒輪傳動

外文名； gear drive

結構； 齒與齒之間的嚙合

特點； 瞬時傳動比準確

優點； 效率高、結構緊湊、工作可靠

缺點； 製造成本較高、無過載保護作用

學科； 工程機械、傳動、齒輪傳動

特點

1，瞬時傳動比恆定。非圓齒輪傳動的瞬時傳動比能按需要的變化規律來設計。

2，傳動比範圍大，可用於減速或增速。

3，速度(指節圓圓周速度)和傳遞功率的範圍大，可用於高速(v>40m/s)，中速和低速(v<25m/s)的傳動;功率從小於1W到10KW。

4，傳動效率高。一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達99%以上。

5，結構緊湊，適用於近距離傳動。

6，製造成本較高。某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專用的或高精度的機床，刀具和量儀等，故製造工藝複雜，成本高。

7，精度不高的齒輪，傳動時的噪聲，振動和衝擊大，污染環境。

8，無過載保護作用。

類型

⑴根據兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為以下類型：

<1>直齒圓柱齒輪傳動;

<2> 斜齒圓柱齒輪傳動;

<3>人字齒輪傳動;

<4>錐齒輪傳動;

<5>交錯軸斜齒輪傳動。

⑵根據齒輪的工作條件，可分為：

<1>開式齒輪傳動式齒輪傳動，齒輪暴露在外，不能保證良好的潤滑;

<2>半開式齒輪傳動，齒輪浸入油池，有護罩，但不封閉;

<3>閉式齒輪傳動，齒輪、軸和軸承等都裝在封閉箱體內，潤滑條件良好，灰沙不易進入，安裝精確。

(3)齒輪傳動可按其軸線的相對位置分類。

(4)齒輪傳動按齒輪的外形可分為圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、非圓齒輪傳動、齒條傳動和蝸杆傳動。

(5)按輪齒的齒廓曲線可分為漸開線齒輪傳動、擺線齒輪傳動和圓弧齒輪傳動等。

由兩個以上的齒輪組成的傳動稱為輪系。根據輪系中是否有軸線運動的齒輪可將齒輪傳動分為普通齒輪傳動和行星齒輪傳動，輪系中有軸線運動的齒輪就稱為行星齒輪。齒輪傳動按其工作條件又可分為閉式、開式和半開式傳動。把傳動密封在剛性的箱殼內，並保證良好的潤滑，稱為閉式傳動，較多採用，尤其是速度較高的齒輪傳動，必須採用閉式傳動。開式傳動是外露的、不能保證良好的潤滑，僅用於低速或不重要的傳動。半開式傳動介於二者之間。

嚙合定律 齒輪傳動的平穩性要求在輪齒嚙合過程中瞬時傳動比 i=主動輪角速度/從動輪角速度=ω1/ω2=常數，這個要求靠齒廓來保證。圖2表示兩嚙合的齒廓E1和E2在任意點K接觸，過K點作兩齒廓的公法線N1N2，它與連心線O1O2交於C點。兩齒廓嚙合過程中保持接觸的條件是齒廓E1上的K點速度vK1和齒廓E2上的K點速度vK2在公法線N1N2方向的分速度相等，即vKn1=vKn2=vKn。由O1和O2分別向N1N2線作垂線交於N1和N2點。上式表明，兩輪齒廓必須符合下述條件:"兩輪齒廓不論在任何位置接觸，過接觸點的公法線必須過連心線上的定點C──節點。"這就是圓形齒輪的齒廓嚙合基本定律。能滿足該定律的曲線有很多，實際上還要考慮製造、安裝和承載能力等方面的要求，一般只採用漸開線、擺線和圓弧等幾種曲線作齒輪的工作齒廓，其中大部分為漸開線齒廓。

對漸開線齒輪來說圖2中的分別是輪1和輪2的基圓半徑rb1、rb2。N1N2線是兩個基圓的內公切線，即兩齒廓任意接觸點的公法線與其重合。因為兩基圓在一個方向只有一條內公切線，所以任意接觸點的公法線都通過定點C，這表明用漸開線作齒廓符合齒廓嚙合基本定律。

以O1、O2為圓心過節點C所繪的兩個圓互稱節圓。輪1的節圓半徑，輪2的節圓半徑漸開線齒輪具有下述特性:①N1N2是兩齒廓接觸點的軌跡，稱為嚙合線，它是一條直線。②過節點C作兩節圓的公切線tt，它與嚙合線N1N2間的夾角α′稱為嚙合角，它是常數。③齒面間的壓力總是沿着接觸點的公法線N1N2方向，所以漸開線齒輪在傳遞動力時齒面間的壓力方向不變。④傳動比與兩輪基圓半徑成反比。齒輪製成後，基圓是確定的，因此在運轉中即使中心距與設計的有點偏差，也不會影響傳動比，這一特性稱為傳動的可分性，它對齒輪的加工、裝配及維修十分有利。⑤兩齒廓僅在節點C接觸時齒面間無滑動，而在其他點接觸時齒面間皆有滑動，且距節點愈遠，滑動愈大。⑥由於漸開線齒輪可以和直線齒廓的齒條相嚙合，故它可以用直線齒廓的刀具展成加工，刀具容易製造，且加工精度可以高。

重合度是影響齒輪能否連續傳動的重要參數。如圖2所示，輪齒嚙合是由主動輪的齒根與從動輪的齒頂接觸開始的，即從動輪的齒頂圓與嚙合線的交點A是嚙合的開始點。隨着輪1的轉動，推動着輪2旋轉，接觸點沿着嚙合線移動，當接觸點移到輪1的齒頂圓與嚙合線的交點E時(圖中虛線位置)，這時齒廓嚙合終止，兩齒廓開始分離，E點是嚙合終止點，是實際嚙合線長。如果前一對齒還在E點以前的D點接觸，後一對齒已於A點接觸，這時傳動是連續的;如果前一對齒已於E點離開，而後一對齒尚未進入嚙合，這時傳動就出現中斷。考慮齒輪的製造、安裝誤差及變形的影響，實際中常要求ε≥1.1~1.4。重合度愈大，傳動愈平穩。以上所述是指的圓柱齒輪的端面重合度，對斜齒圓柱齒輪尚有縱向重合度。

一對齒輪能夠正確的嚙合的條件是二者必須模數相等、壓力角相等。

設計準則

針對齒輪五種失效形式，應分別確立相應的設計準則。但是對於齒面磨損、塑性變形等，由於尚未建立起廣為工程實際使用而且行之有效的計算方法及設計數據，所以設計齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。對於高速大功率的齒輪傳動(如航空發動機主傳動、汽輪發電機組傳動等)，還要按保證齒面抗膠合能力的準則進行計算(參閱GB6413-1986)。至於抵抗其它失效能力，雖然一般不進行計算，但應採取的措施，以增強輪齒抵抗這些失效的能力。

1、閉式齒輪傳動

由實踐得知，在閉式齒輪傳動中，通常以保證齒面接觸疲勞強度為主。但對於齒面硬度很高、齒芯強度又低的齒輪(如用20、20Cr鋼經滲碳後淬火的齒輪)或材質較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時，則視具體情況而定。

功率較大的傳動，例如輸入功率超過75kW的閉式齒輪傳動，發熱量大，易於導致潤滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應作散熱能力計算。

2、開式齒輪傳動

開式(半開式)齒輪傳動，按理應根據保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準則進行計算，但如前所述，對齒面抗磨損能力的計算方法迄今尚不夠完善，故對開式(半開式)齒輪傳動，僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設計準則。為了延長開式(半開式)齒輪傳動的壽命，可視具體需要而將所求得的模數適當增大。

前已述之，對於齒輪的輪圈、輪輻、輪轂等部位的尺寸，通常僅作結構設計，不進行強度計算。

齒輪傳動類型

1.圓柱齒輪傳動

用於平行軸間的傳動，一般傳動比單級可到8，最大20，兩級可到45，最大60，三級可到200，最大300。傳遞功率可到10萬千瓦，轉速可到10萬轉/分，圓周速度可到300米/秒。單級效率為0.96~0.99。直齒輪傳動適用於中、低速傳動。斜齒輪傳動運轉平穩，適用於中、高速傳動。人字齒輪傳動適用於傳遞大功率和大轉矩的傳動。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有3種:外嚙合齒輪傳動，由兩個外齒輪相嚙合，兩輪的轉向相反;內嚙合齒輪傳動，由一個內齒輪和一個小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉向相同;齒輪齒條傳動，可將齒輪的轉動變為齒條的直線移動，或者相反。

2.錐齒輪傳動

用於相交軸間的傳動。單級傳動比可到6，最大到8，傳動效率一般為0.94~0.98。直齒錐齒輪傳動傳遞功率可到370千瓦，圓周速度5米/秒。斜齒錐齒輪傳動運轉平穩，齒輪承載能力較高，但製造較難，應用較少。曲線齒錐齒輪傳動運轉平穩，傳遞功率可到3700千瓦，圓周速度可到40米/秒以上。

3.雙曲面齒輪傳動

用於交錯軸間的傳動。單級傳動比可到10，最大到100，傳遞功率可到750千瓦，傳動效率一般為0.9~0.98，圓周速度可到30米/秒。由於有軸線偏置距，可以避免小齒輪懸臂安裝。廣泛應用於汽車和拖拉機的傳動中。

4.螺旋齒輪傳動

用於交錯間的傳動，傳動比可到5，承載能力較低，磨損嚴重，應用很少。

5.蝸杆傳動

交錯軸傳動的主要形式，軸線交錯角一般為90°。蝸杆傳動可獲得很大的傳動比，通常單級為8~80，用於傳遞運動時可達1500;傳遞功率可達4500千瓦;蝸杆的轉速可到3萬轉/分;圓周速度可到70米/秒。蝸杆傳動工作平穩，傳動比準確，可以自鎖，但自鎖時傳動效率低於0.5。蝸杆傳動齒面間滑動較大，發熱量較多，傳動效率低，通常為0.45~0.97。

6.圓弧齒輪傳動

用凸凹圓弧做齒廓的齒輪傳動。空載時兩齒廓是點接觸，嚙合過程中接觸點沿軸線方向移動，靠縱向重合度大於1來獲得連續傳動。特點是接觸強度和承載能力高，易於形成油膜，無根切現象，齒面磨損較均勻，跑合性能好;但對中心距、切齒深和螺旋角的誤差敏感性很大，故對製造和安裝精度要求高。

7.擺線齒輪傳動

用擺線作齒廓的齒輪傳動。這種傳動齒面間接觸應力較小，耐磨性好，無根切現象，但製造精度要求高，對中心距誤差十分敏感。僅用於鐘錶及儀表中。

8.行星齒輪傳動 具有動軸線的齒輪傳動。行星齒輪傳動類型很多，不同類型的性能相差很大，根據工作條件合理地選擇類型是非常重要的。常用的是由太陽輪、行星輪、內齒輪和行星架組成的普通行星傳動，少齒差行星齒輪傳動，擺線針輪傳動和諧波傳動等。行星齒輪傳動一般是由平行軸齒輪組合而成，具有尺寸小、重量輕的特點，輸入軸和輸出軸可在同一直線上。其應用愈來愈廣泛。

加工方法

1.磨齒:IT6~IT4→IT3， Ra:0.8~0.2μm 原理:成形法和展成法。

⑴成形法磨齒 IT6~IT5， Ra:0.8~0.4 μm，用成形砂輪磨削，生產率較高，加工精度較低，應用較少。

⑵展成法磨齒

錐面砂輪磨齒:砂輪截面齒形為假想齒條的齒形，工件向右滾動，利用砂輪右側面磨削第1齒槽的右側面，從根部 磨至頂部;然後工件向左滾動，以砂輪左側面磨削第l齒槽的左側面，也從根部磨至 頂部，當第l齒槽兩側面全部磨削完畢時，砂輪自動退離工件，工件作分度轉動，然後再向右滾動，磨削第2齒槽，這樣反覆循環，直至磨完全部輪齒。

2.研齒:

IT7~IT6， Ra:1.6~0.2μm 設備:研齒機。研具:精密的鑄鐵齒輪。研磨劑:磨粒:220#~240#，活性潤滑油特點:與珩齒相同，只能降低表面粗糙度，不能提高齒形精度。

平行軸線研磨法:

1.過程:研磨輪與被研齒輪的軸線平行，研磨時被研齒輪帶動研磨輪作無側隙的自由嚙合運動，被研齒輪還作軸嚮往復運動，研磨輪被輕微制動。經一段時間後，研磨輪 和被研磨輪作反向旋轉，使齒的兩個側面被均勻研磨。

2.特點:由於齒面的滑動速度不均勻，研磨量也不均勻，在齒頂及齒根部分的滑動速度大，研磨量也大。

減少噪音方法

為了避免減速機不能通過出廠測試，原因之一是減速機存在間歇性高噪聲;用ND6型精密聲級計測試，低噪聲減速機為72.3Db(A)，達到了出廠要求;而高噪聲減速機為82.5dB(A)，達不到出廠要求。經過反覆測試、分析和改進試驗，得出的結論是必須對生產的各個環節進行綜合治理，才能有效降低齒輪傳動的噪聲。

1.控制齒輪的精度:齒輪精度的基本要求:經實踐驗證，齒輪精度必須控制在GB10995-887~8級，線速度高於20m/s齒輪，齒距極限偏差、齒圈徑向跳動公差、齒向公差一定要穩定達到7級精度。在達到7級精度齒輪的情況下，齒部要倒棱，要嚴防齒根凸台。

2.控制原材料的質量:高質量原材料是生產高質量產品的前提條件，該公司用量最大的材料40Cr和45鋼製造齒輪。無論通過何種途徑，原材料到廠後都要經過嚴格的化學成分檢驗、晶粒度測定、純潔度評定。其目的是及時調整熱處理變形，提高齒形加工中的質量。

3.防止熱處理變形:齒坯在粗加工後成精鍛件，進行正火或調質處理，以達到:

⑴軟化鋼件以便進行切削加工;

⑵消除殘餘應力;

3)細化晶粒，改善組織以提高鋼的機械性能;

⑷為最終能處理作好組織上的準備。應注意的是，在正火或調質處理中，一定要保持爐膛溫度均勻，以及採用工位器具，使工件均勻地加熱及冷卻，嚴禁堆放在一起。需鑽孔減輕重量的齒輪，應將鑽孔序安排在熱處理後進行。齒輪的最終熱處理採用使零件變形較小的齒面高頻淬火;高頻淬火後得到的齒面具有高的強度、硬度、耐磨性和疲勞極限，而心部仍保持足夠的塑性和韌性。為減少變形。齒面高頻淬火應採用較低的淬火溫度和較短的加熱時間、均勻加熱、緩慢冷卻。

4.保證齒坯的精度:齒輪孔的尺寸的精度要求在孔的偏差值的中間差左右分布，定在±0.003~±0.005mm;如果超差而又在孔的設計要求範圍內，必須分類，分別轉入切齒工序。齒坯的端面跳動及徑向跳動為6級，定在0.01~0.02mm範圍內。

5.切齒加工措施:對外購的齒輪刀具必須進行檢驗，必須達到AA級要求。齒輪刀具刃磨後必須對刀具前刃面徑向性、容屑槽的相鄰周節差、容屑槽周節的最大累積誤差、刀齒前面與內孔軸線平行度進行檢驗。在不影響齒輪強度的前提下，提高齒頂高係數，增加0.05~0.1m，，改善刀具齒頂高係數，避免齒輪傳動齒根干涉。M=1~2的齒輪採用齒頂修圓滾刀，修圓量R=0.1~0.15m。消除齒頂毛刺，改善齒輪傳動時齒頂干涉。切齒設備每年要進行一次精度檢查，達不到要求的必須進行維修。操作者亦要經常進行自檢，特別是在機床主軸徑向間隙控制在0.01mm以下，刀軸徑跳0.005mm以下，刀軸竄動0.008mm以下。刀具的安裝精度:刀具徑向跳動控制在0.003mm以下，端面跳動0.004mm以下。切齒工裝精度，心軸外徑與工件孔的間隙，保證在0.001~0.004mm以內。心軸上的螺紋必須在丙頂類定位下，由螺紋床進行磨削:垂直度≦0.003mm，徑跳≦0.005mm。螺母必須保證內螺紋與基準面一次裝夾車成，墊圈的平行度≦0.003mm。

6.文明生產:齒輪傳動噪聲有30%以上的原因來自毛刺、磕碰傷。有的工廠在齒輪箱裝配前，去除毛刺及磕碰傷，是一種被動的做法。⑴齒輪軸類零件，滾齒後齒部立即套上專用的塑料保護套後轉入下道工序，並帶着專用的塑料保護套入庫和發貨。⑵進行珩齒工藝，降低齒面粗糙度，去除毛刺，並防止磕碰傷，能有效地降低齒輪傳動噪聲。

7.採取其它材料及熱處理、表面處理方式:⑴ 可利用粉末冶金成型技術，齒輪成型後齒部高頻淬火。⑵ 採用墨鑄鐵，齒輪切削加工後，再進行軟氮化處理。⑶ 採用40Cr材料，齒輪切削功工後，採用軟氮化處理或齒部鍍銅處理。 綜合所述，要根治齒輪傳動噪聲，齒輪材料及熱處理是要本，齒坯精度是保證，齒輪精度是關鍵，文明生產是基礎。

公制齒輪的檢測

1.齒輪的檢測有三方面要求:傳遞運動的精確性、平穩性、載荷分布的均勻性。; |# ]* O" k8 W& w; F!B

2.這三個公差組各有數個檢測項目，按國標要求每個公差組只檢一項或兩項(當然不是隨意選)一般情況下設計者會給出每個公差組的精度等級和需檢測的項目。4 B) R: _. S) }6 G$ `- k* B9 L)N

3.但有時圖紙上會給出數個項目或只給精度等級和標準，這種情況下個人認為最好和設計溝通一下，看對方有什麼要求，否則你費了半天勁可能人家一句話你就得從頭再來。若設計沒什麼要求那你可以按標準要求每個公差組檢一項或兩項就可以了，記住是按照標準要求，不是自己隨意挑的。$ @5 r: c* N7 r0 N6 }

4.個人感覺一般情況下是這樣的，每一公差組檢Fp(齒距累積總偏差)或公法線變動和Fr(徑跳)，第二公差組檢Fα(齒廓總偏差)和Fpt(單個齒距偏差)，第三公差組檢Fβ(齒向總偏差)。

0 m2 k# L! Y# W1 P. `5、除了這三方面的要求外，還有齒厚要求，當然這個是好檢的，可測公法線或跨棒距。

6.側隙的要求。