浅谈齿轮传动在机械传动中的工作

郝维

摘要：齿轮传动被广泛应用到我国的机械传动中，其明显的特点为瞬时传动比恒定、传动效率高。在人们日常生活和生产中，许多场合选用齿轮来传动。因此，在文章中，通过对齿轮结构的设计分析，详细研究其传动精度，理解齿轮转动的基本失效方式，并探讨齿轮疲劳强度，以达到对齿轮传动工作的整体把握。

关键词：齿轮传动机械传动

一、齿轮的结构设计

在齿轮传动中，如果发现齿轮的齿顶圆直径较大时，可以采用腹板式或轮辐式结构，确保齿轮的重量能减轻。通常情况下齿轮可选用中碳钢或合金钢，合金钢加工后需进行渗碳、淬火和低温回火。钢制齿轮一般采用展成法切削加工。若齿轮只进行小批量生产，可进行自由锻造。若齿轮的批量较大，其结构更为复杂的时候，可以使用模具锻造。在实际设计的时候，需要对拔模斜角、过渡圆角等进行详细思考，确保齿轮的正确性和承载能力的有效获取。同时，对于渐开线的齿轮，在设计时还要考虑到根切现象。若齿数较少，可采用变位加工的方法来避免根切。在对齿轮的结构进行设计时，还要根据实际情况选择齿轮的传动类型。

二、齿轮传动精度分析

在齿轮使用过程中，为了能延长使用寿命，达到承载能力的提升和获取，需要分析齿轮的传动精度，包含四个方面：运动精度、工作平稳性精度、接触精度和齿轮副侧隙。前两项可类比为手表中走秒和秒针与分针的倍数关系。但是在工作中，也不能单纯地只求提高齿轮精度，因为这样会提高生产成本。所以，在对齿轮设计的过程中，要根据齿轮的应用环境对齿轮的传功精度进行科学选择。在实际生活中，可在齿轮非工作面的齿廓法线方向上的间隙中储存一定的润滑油，以达到补偿制造误差和防止齿轮卡死的作用。在齿轮大小的设计中，也要通过计算，才能保证齿轮的转动精度。

三、齿轮传动的基本失效形式

实际工作过程中齿轮传递的失效形式表现多样，但是，基于总结分析，其类型为四种，分别为齿面折断、齿面点蚀、齿面磨损和齿面胶合。针对不同情况，在下文中做出具体分析。

1.轮齿的折断现象。

该现象多发生在高速、重载情况下。当轮齿单侧工作的时候，其根部将受拉应力的影响和压应力的影响，轮齿脱离，其弯曲应力为零。对于任何一侧的齿轮，其受力将根据脉动循环应力的变化。当轮齿两侧都在工作，这时候要计算弯曲应力，可以按照对称循环应力的方式计算。所以，在齿轮工作的时候，根部受到非恒力作用的影响，多集中在圆角周边。如果应力超出材料的疲劳限制，轮齿将发生弯曲疲劳折断。若出现突然超载或冲击，超过了齿轮的许用弯曲应力，轮齿的局部或全部也会出现折断现象。

2.齿面点蚀。

一般情况下，该现象多发生在闭式齿轮的传动过程中。轮齿表面长期循环接触超过材料的许用接触应力，轮齿表面会出现微小裂纹，润滑油会进入裂纹处，形成高压导致裂纹扩展致使材料脱落。前期，点蚀会产生在节线附近、轮齿的根部附近等。后期，随着向其他部位的扩展，点蚀也在逐渐扩展，从而引起振动或噪音等现象，使齿轮完全失效。

3.齿面磨损。

一般情况下，该现象多发生在开式齿轮传动的过程中。在不断运动的时候，其硬质杂质逐渐产生，同时本身润滑条件又较差，从而使齿面材料被磨掉，破坏了齿廓形状。

4.齿面胶合。

该现象的产生多是在高温高压情况下，相互啮合的金属齿面不断粘结。随着不断运行，粘结的金属将被撕裂，从而导致齿面上出现沟壑和痕迹。

四、齿轮疲劳强度

为了对齿轮的接触面疲劳强度进行分析，在初期需要对齿轮的使用条件，载荷、失效形式等详细研究。直齿圆柱齿轮接触疲劳强度计算是针对防止齿面点蚀破坏的计算方法。所根据的理论是两平行圆柱体的接触应力理论。因此在对齿轮的接触面疲劳强度设计期间，要对其合理计算，避免齿轮的接触面发生点蚀失效。实际传动过程中，如果发现重合点的位置不同，要对疲劳点蚀进行分析，若在节线附近，可以将节点作为要点进行分析。直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算是针对防止齿根疲劳弯曲破坏的计算方法。所依据的理论是悬臂梁的应力分析。疲劳强度将影响齿轮的承载能力。所以在设计选用齿轮的时候，要保证齿轮接触面和齿根的强度计算。

基于齿轮传功的多样性和复杂性，在实际工作中，要结合不同场合的实际情况对齿轮进行准确计算，实现齿轮的科学应用，以确保齿轮传动在机械传动中的稳定工作。

参考文献

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