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1發(fā)展起源

歷史

       在西方，公元前300年古希臘哲學(xué)家亞里士多德在《機械問題》中，就闡述了用青銅或鑄鐵齒輪傳遞旋轉(zhuǎn)運動的問題。希臘學(xué)者亞里士多德和阿基米德都研究過齒輪，希臘有名的發(fā)明家古蒂西比奧斯在圓板工作臺邊緣上均勻地插上銷子，使它與銷輪嚙合，他把這種機構(gòu)應(yīng)用到刻漏上。這約是公元前150年的事。在公元*年，亞歷山人的發(fā)明家赫倫發(fā)明了里程計，在里程計中使用了齒輪。公元1世紀時，羅馬的建筑家畢多畢斯制作的水車式制粉機上也使用了齒輪傳動裝置。到14世紀，開始在鐘表上使用齒輪。

       東漢初年（公元 1世紀）已有人字齒輪。三國時期出現(xiàn)的指南車和記里鼓車已采用齒輪傳動系統(tǒng)。晉代杜預(yù)發(fā)明的水轉(zhuǎn)連磨就是通過齒輪將水輪的動力傳遞給石磨的。史書中關(guān)于齒輪傳動系統(tǒng)的早記載，是對唐代一行、梁令瓚于 725年制造的水運渾儀的描述。北宋時制造的水運儀象臺（見中國古代計時器）運用了復(fù)雜的齒輪系統(tǒng)。明代茅元儀著《武備志》（成書于1621年）記載了一種齒輪齒條傳動裝置。1956年發(fā)掘的河北安午汲古城遺址中，發(fā)現(xiàn)了鐵制棘齒輪，輪直徑約80毫米，雖已殘缺，但鐵質(zhì)較好，經(jīng)研究，確認為是戰(zhàn)國末期（公元前3世紀）到西漢（公元前206～公元24年）期間的制品。1954年在山西省永濟縣蘗家崖出土了青銅棘齒輪。參考同坑出土器物，可斷定為秦代（公元前221～前206）或西漢初年遺物，輪40齒，直徑約25毫米。關(guān)于棘齒輪的用途，迄今未發(fā)現(xiàn)文字記載，推測可能用于制動，以防止輪軸倒轉(zhuǎn)。1953年陜西省長安縣紅慶村出土了一對青銅人字齒輪。根據(jù)墓結(jié)構(gòu)和墓葬物品情況分析，可認定這對齒輪出于東漢初年。兩輪都為24齒，直徑約15毫米。衡陽等地也發(fā)現(xiàn)過同樣的人字齒輪。

       早在1694年，法國學(xué)者PHILIPPE DE LA HIRE首先提出漸開線可作為齒形曲線。1733年，法國人M.CAMUS提出輪齒接觸點的公法線必須通過中心連線上的節(jié)點。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線（節(jié)圓）純滾動時，與輔助瞬心線固聯(lián)的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡(luò)形成的兩齒廓曲線是彼此共軛的，這就是CAMUS定理。它考慮了兩齒面的嚙合狀態(tài)；明確建立了現(xiàn)代關(guān)于接觸點軌跡的概念。1765年，瑞士的L．EULER提出漸開線齒形解析研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，闡明了相嚙合的一對齒輪，其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關(guān)系。后來，SAVARY進一步完成這一方法，成為EU-LET-SAVARY方程。對漸開線齒形應(yīng)用作出貢獻的是ROTEFT WULLS，他提出中心距變化時，漸開線齒輪具有角速比不變的優(yōu)點。1873年，德國工程師HOPPE提出，對不同齒數(shù)的齒輪在壓力角改變時的漸開線齒形，從而奠定了現(xiàn)代變位齒輪的思想基礎(chǔ)。

       19世紀末，展成切齒法的原理及利用此原理切齒的專用機床與刀具的相繼出現(xiàn)，使齒輪加工具備較完備的手段后，漸開線齒形更顯示出巨大的*性。切齒時只要將切齒工具從正常的嚙合位置稍加移動，就能用標準刀具在機床上切出相應(yīng)的變位齒輪。1908年，瑞士MAAG研究了變位方法并制造出展成加工插齒機，后來，英國BSS、美國AGMA、德國DIN相繼對齒輪變位提出了多種計算方法。

       為了提高動力傳動齒輪的使用壽命并減小其尺寸，除從材料，熱處理及結(jié)構(gòu)等方面改進外，圓弧齒形的齒輪獲得了發(fā)展。1907年，英國人FRANK HUMPHRIS早發(fā)表了圓弧齒形。1926年，瑞土人ERUEST WILDHABER取得法面圓弧齒形斜齒輪的權(quán)。1955年，蘇聯(lián)的M．L．NOVIKOV完成了圓弧齒形齒輪的實用研究并獲得列寧勛章。1970年，英國ROLH—ROYCE公司工程師R．M．STUDER取得了雙圓弧齒輪的美國。這種齒輪現(xiàn)已日益為人們所重視，在生產(chǎn)中發(fā)揮了顯著效益。

      齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件，它在機械傳動及整個機械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛?，F(xiàn)代齒輪技術(shù)已達到：齒輪模數(shù)0.004～100毫米；齒輪直徑由1毫米～150米；傳遞功率可達上十萬千瓦；轉(zhuǎn)速可達幾十萬轉(zhuǎn)/分；高的圓周速度達300米/秒。

       隨著生產(chǎn)的發(fā)展，齒輪運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到重視。1674年丹麥天文學(xué)家羅默提出用外擺線作齒廓曲線，以得到運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的齒輪。

       18世紀工業(yè)革命時期，齒輪技術(shù)得到高速發(fā)展，人們對齒輪進行了大量的研究。1733年法國數(shù)學(xué)家卡米發(fā)表了齒廓嚙合基本定律；1765年瑞士數(shù)學(xué)家歐拉建議采用漸開線作齒廓曲線。

       19世紀出現(xiàn)的滾齒機和插齒機，解決了大量生產(chǎn)高精度齒輪的問題。1900年，普福特為滾齒機裝上差動裝置，能在滾齒機上加工出斜齒輪，從此滾齒機滾切齒輪得到普及，展成法加工齒輪占了壓倒優(yōu)勢，漸開線齒輪成為應(yīng)用廣的齒輪。

       1899年，拉舍先實施了變位齒輪的方案。變位齒輪不僅能避免輪齒根切，還可以湊配中心距和提高齒輪的承載能力。1923年美國懷爾德哈伯先提出圓弧齒廓的齒輪，1955年蘇諾維科夫?qū)A弧齒輪進行了深入的研究，圓弧齒輪遂得以應(yīng)用于生產(chǎn)。這種齒輪的承載能力和效率都較高，但尚不及漸開線齒輪那樣易于制造，還有待進一步改進。

現(xiàn)狀

       中國齒輪行業(yè)快速發(fā)展，行業(yè)規(guī)模不斷擴大。在“十一五”期間，根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，2005~2010年中國齒輪行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值逐年增加，且同比增幅均在18.00%以上，2009年實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值781.85億元，2010年實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值946.35億萬元。齒輪行業(yè)已成為中國機械基礎(chǔ)件中規(guī)模大的行業(yè)。

中國行業(yè)發(fā)展

狀況

       中國齒輪工業(yè)在“十五”期間得到了快速發(fā)展：2005年齒輪行業(yè)的年產(chǎn)值由2000年的240億元增加到683億元，年復(fù)合增長率23.27%，已成為中國機械基礎(chǔ)件中規(guī)模大的行業(yè)。就市場需求與生產(chǎn)規(guī)模而言，中國齒輪行業(yè)在全球排名已超過意大利，居*四位。

      2006年，中國全部齒輪、傳動和驅(qū)動部件制造企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值102628183千元，比上年同期增長24.15%；實現(xiàn)累計產(chǎn)品銷售收入98238240千元，比上年同期增長24.37%；實現(xiàn)累計利潤總額5665210千元，比上年同期增長26.85%。

       2007年1-12月，中國全部齒輪、傳動和驅(qū)動部件制造企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值136542841千元，比上年同期增長30.96%；2008年1-10月，中國全部齒輪、傳動和驅(qū)動部件制造企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值144529138千元，比上年同期增長32.92%。

       中國齒輪制造業(yè)與發(fā)達國家相比還存在自主創(chuàng)新能力不足、新品開發(fā)慢、市場競爭無序、企業(yè)管理薄弱、信息化程度低、從業(yè)人員綜合素質(zhì)有待提高等問題。現(xiàn)階段齒輪行業(yè)應(yīng)通過市場競爭與整合，提高行業(yè)集中度，形成一批擁有幾十億元、5億元、1億元資產(chǎn)的大、中、小規(guī)模企業(yè)；通過自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，形成一批車輛傳動系（變速箱、驅(qū)動橋總成）牽頭企業(yè)，用牽頭企業(yè)的配套能力整合齒輪行業(yè)的能力與資源；實現(xiàn)專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化配套，形成大批有特色的工藝、有特色的產(chǎn)品和有快速反應(yīng)能力的企業(yè)；通過技改，實現(xiàn)現(xiàn)代化齒輪制造企業(yè)轉(zhuǎn)型。

       “十一五”末期，中國齒輪制造業(yè)年銷售額可達到1300億元，人均銷售額上升到65萬元/年，在世界行業(yè)排名中達到*二。2006-2010年將新增設(shè)備10萬臺，即每年用于新增設(shè)備投資約60億元，新購機床2萬臺，每臺平均單價30萬元。到2010年，中國齒輪制造業(yè)應(yīng)有各類機床總數(shù)約40萬臺，其中數(shù)控機床10萬臺，數(shù)控化率25%（高于機械制造全行業(yè)平均值17%）。

發(fā)展

       中低檔的齒輪模具在國內(nèi)大多都能生產(chǎn)，的齒輪模具多依靠進口。國內(nèi)專門做齒輪模具的工廠不多，大都由齒輪廠自己做齒輪模具，齒輪廠往往設(shè)一個工段或一個車間來承擔(dān)這項工作。這就致使國內(nèi)的齒輪模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展難上加難。相關(guān)專家表示，要想促使我國齒輪模具產(chǎn)業(yè)更好更快的發(fā)展，就必須從根本上解決依賴問題，努力提高專業(yè)技術(shù)，以便更好的服務(wù)于國內(nèi)齒輪模具產(chǎn)業(yè)。

       隨著齒輪行業(yè)競爭的不斷加劇，大型齒輪企業(yè)間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內(nèi)的齒輪生產(chǎn)企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正因為如此，一大批國內(nèi)的齒輪品牌迅速崛起，逐漸成為齒輪行業(yè)中的翹楚！

       2011年，齒輪行業(yè)總體銷售額達到1780億元人民幣，同比增長23%;進口額雖還遠遠高于出口額，但出口增速則明顯強于進口。

       2012年齒輪行業(yè)發(fā)展可能呈現(xiàn)“前低后高、中速增長”的態(tài)勢。2012年四季度出現(xiàn)的行業(yè)增長放緩的趨勢將延續(xù)到今年。下半年，隨著國家擴大內(nèi)需政策的逐步到位，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及國家“三基規(guī)劃”的開始實施，必將提升現(xiàn)代裝備制造業(yè)，從而帶動整個齒輪行業(yè)新一輪的上升。預(yù)計齒輪行業(yè)銷售收入將增長10%以上，出口增幅或?qū)⑦_15%。

投資

       齒輪及其齒輪產(chǎn)品是機械裝備的重要基礎(chǔ)件，絕大部分機械成套設(shè)備的主要傳動部件都是齒輪傳動。隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，全行業(yè)年銷售總額已突破千億元，形成了企業(yè)多元并存、共同發(fā)展的行業(yè)格局。其中，*、骨干企業(yè)已成為推動行業(yè)管理水平、產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量水平和自主創(chuàng)新能力提升的重要力量，為把我國從齒輪制造大國建設(shè)成為齒輪制造強國做出了突出貢獻。

      根據(jù)（ 中國齒輪行業(yè)產(chǎn)銷需求預(yù)測與轉(zhuǎn)型升級分析報告）顯示中國齒輪傳動行業(yè)在“十一五”期間得到了快速發(fā)展，2005-2010年中國齒輪行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值逐年增加，且同比增幅均在20%以上。2010年整個齒輪產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值946.35億元，齒輪全行業(yè)市場需求超過1400億元，世界*二。從規(guī)模和銷售額等各方面因素來看，齒輪產(chǎn)業(yè)已然成為中國機械通用零部件基礎(chǔ)件領(lǐng)域的“*”級行業(yè)。中國已經(jīng)成為名副其實的世界齒輪制造大國。

       2011年末，我國軸承、齒輪、傳動和驅(qū)動部件的制造工業(yè)企業(yè)達2319家，行業(yè)總資產(chǎn)達2483.16億元，同比增長20.59 %。2011年，我國規(guī)模以上軸承、齒輪、傳動和驅(qū)動部件的制造工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)主營業(yè)務(wù)收入達3144億元，同比增長28.00 %；實現(xiàn)利潤總額達230.4億元，同比增長22.08 %。

       2012年上半年，全國齒輪的產(chǎn)量達97.69萬噸，同比增長 47.14%。2012年6月份，我國生產(chǎn)齒輪18萬噸，同比增長50.18%。

       中國處于工業(yè)化、市場化和城鎮(zhèn)化加快發(fā)展的時期，也處在消費擴大和結(jié)構(gòu)升級的時期，裝備制造業(yè)將迎來難得發(fā)展機遇，為齒輪的發(fā)展提供巨大市場空間?！笆濉笔俏覈X輪行業(yè)發(fā)展的黃金期，行業(yè)應(yīng)加快朝“由大變強”的目標邁進。

發(fā)展格局

簡介

       十二五時期是中國齒輪行業(yè)發(fā)展的黃金期，未來十年，齒輪行業(yè)應(yīng)加快朝由大變強的目標邁進，調(diào)結(jié)構(gòu)、上水平是重要任務(wù)，也是行業(yè)亟待扭轉(zhuǎn)的關(guān)鍵問題。十二五是我國經(jīng)濟社會發(fā)展極其關(guān)鍵而特殊的時期，也是全球政治經(jīng)濟格局必將發(fā)生重大變化的時期，在新的歷史起點上的齒輪行業(yè)必須要把握四個變革。

博弈

       特別值得注意的是，少數(shù)國家挑起的貿(mào)易保護主義，有可能引發(fā)全球范圍內(nèi)的貿(mào)易保護。經(jīng)濟全球化和貿(mào)易保護主義正處于博弈階段，但總體趨勢是經(jīng)濟全球化。同時，后金融危機時代，人民幣面臨著升值的巨大壓力。這意味著進出口格局將產(chǎn)生新的變化，更多的國際產(chǎn)品將進入中國與國產(chǎn)品牌直接競爭。我國齒輪企業(yè)必須要在競爭中走向成熟。未來的競爭格局將是集團化趨勢明顯，行業(yè)集中度提高；國際大企業(yè)重心轉(zhuǎn)移，紛紛加大對中國等新興市場的投入，國內(nèi)競爭國際化加??；國外企業(yè)越來越重視中國元素，未來將專門研發(fā)針對中國市場的產(chǎn)品。

技術(shù)變革

       應(yīng)采取有效措施，用信息技術(shù)改造提升齒輪行業(yè)，改變我國齒輪產(chǎn)品檔次低和經(jīng)濟效益不高的狀況。如使用自動化、智能化設(shè)備，降低成本和能源消耗;推動計算機集成制造系統(tǒng)等在齒輪行業(yè)的應(yīng)用，形成強大的*裝備制造體系等。

大勢所趨

        截止到2012年底，齒輪行業(yè)年銷售收入約1600億元，生產(chǎn)企業(yè)1000余家，規(guī)模以上企業(yè)約400余家，從業(yè)人員約30萬人，是*部件行業(yè)規(guī)模大的分行業(yè)。經(jīng)過20多年的不懈努力，我國已經(jīng)成為齒輪強國。

       “十二五”期間我國齒輪行業(yè)面臨調(diào)整振興、由大變強的歷史發(fā)展機遇，國內(nèi)外市場競爭加劇，國內(nèi)深層次矛盾不可避免地會影響行業(yè)前進步伐，但推動行業(yè)技術(shù)進步創(chuàng)新發(fā)展的基本力量不可逆轉(zhuǎn)，全行業(yè)在轉(zhuǎn)型升級的進程中將以年均30%左右的增速實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展。

       預(yù)計至“十二五”期末，行業(yè)收入有望突破2600億元。報告通過齒輪行業(yè)下游需求潛力，進一步說明行業(yè)發(fā)展前景看好。

       隨著全球一體化的到來，關(guān)聯(lián)度越來越高的產(chǎn)業(yè)需要面對越來越多的共同課題，需要建立廣泛的合作。而這種合作已不再僅是提供產(chǎn)品這么簡單。將從源頭上打破產(chǎn)業(yè)之間壁壘，以行業(yè)需求為導(dǎo)向成為產(chǎn)業(yè)之間融合發(fā)展的新趨勢。為達成通過產(chǎn)業(yè)融合推動技術(shù)創(chuàng)新的目的，行業(yè)間應(yīng)從技術(shù)、標準和法規(guī)、信息服務(wù)與軟科學(xué)研究、品牌推廣等方面合作，合理利用雙方的資源，進行前瞻性產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)，確保我國自主創(chuàng)新技術(shù)的適用性和性。

變革

       低碳化已成為制造業(yè)發(fā)展的主題。隨著越來越多的國家做出低碳化承諾，節(jié)能減排將是企業(yè)下一步技術(shù)發(fā)展的方向。行業(yè)也應(yīng)抓住低碳經(jīng)濟的機遇，提前介入混合動力、燃料電池、電機電子等新能源技術(shù)的研究；進一步挖掘傳統(tǒng)能源的潛力，大力發(fā)展再制造等技術(shù)，推動產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展。

術(shù)語

輪齒（齒）──齒輪上的每一個用于嚙合的凸起部分。一般說來，這些凸起部分呈輻射狀排列。配對齒輪上輪齒互相接觸，導(dǎo)致齒輪的持續(xù)嚙合運轉(zhuǎn)。

齒槽──齒輪上兩相鄰輪齒之間的空間。

端面──在圓柱齒輪或圓柱蝸桿上垂直于齒輪或蝸桿軸線的平面。

法面──在齒輪上，法面指的是垂直于輪齒齒線的平面。

齒頂圓──齒頂端所在的圓。

齒根圓──槽底所在的圓。

基圓──形成漸開線的發(fā)生線在其上作純滾動的圓。

分度圓──在端面內(nèi)計算齒輪幾何尺寸的基準圓，對于直齒輪，在分度圓上模數(shù)和壓力角均為標準值。

齒面──輪齒上位于齒頂圓柱面和齒根圓柱面之間的側(cè)表面。

齒廓──齒面被一*曲面（對圓柱齒輪是平面）所截的截線。

齒線──齒面與分度圓柱面的交線。

端面齒距pt──相鄰兩齒同側(cè)端面齒廓之間的分度圓弧長。

模數(shù)m──齒距除以圓周率π所得到的商，以毫米計。

徑節(jié)p──模數(shù)的倒數(shù)，以英寸計。

齒厚s──在端面上一個輪齒兩側(cè)齒廓之間的分度圓弧長。

槽寬e──在端面上一個齒槽的兩側(cè)齒廓之間的分度圓弧長。

齒頂高hɑ──齒頂圓與分度圓之間的徑向距離。

齒根高hf──分度圓與齒根圓之間的徑向距離。

全齒高h──齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離。

齒寬b──輪齒沿軸向的尺寸。

端面壓力角ɑt── 過端面齒廓與分度圓的交點的徑向線與過該點的齒廓切線所夾的銳角。

基準齒條（Standard Rack）:只基圓之尺寸，齒形，全齒高，齒冠高及齒厚等尺寸均合乎標準正齒輪規(guī)格之齒條，依其標準齒輪規(guī)格所切削出來之齒條稱為基準齒條.

基準節(jié)圓（Standard Pitch Circle）:用來決定齒輪各部尺寸基準圓.為 齒數(shù)x模數(shù)

基準節(jié)線（Standard Pitch Line）:齒條上一條特定節(jié)線或沿此線測定之齒厚，為節(jié)距二分之一.

作用節(jié)圓（Action Pitch Circle）:一對正齒輪咬合作用時，各有一相切做滾動圓.

基準節(jié)距（Standard Pitch）：以選定標準節(jié)距做基準者,與基準齒條節(jié)距相等.

節(jié)圓（Pitch Circle）:兩齒輪連心線上咬合接觸點各齒輪上留下軌跡稱為節(jié)圓.

節(jié)徑（Pitch Diameter）:節(jié)圓直徑.

有效齒高（Working Depth）:一對正齒輪齒冠高和.又稱工作齒高.

齒冠高（Addendum）:齒頂圓與節(jié)圓半徑差.

齒隙（Backlash）:兩齒咬合時，齒面與齒面間隙.

齒頂隙（Clearance）:兩齒咬合時，一齒輪齒頂圓與另一齒輪底間空隙.

節(jié)點（Pitch Point）:一對齒輪咬合與節(jié)圓相切點.

節(jié)距（Pitch）:相鄰兩齒間相對應(yīng)點弧線距離.

法向節(jié)距（Normal Pitch）:漸開線齒輪沿特定斷面同一垂線所測節(jié)距.

傳動比

 :相嚙合兩齒輪的轉(zhuǎn)速之比，齒輪的轉(zhuǎn)速與齒數(shù)成反比，一般以n1、n2表示兩嚙合齒數(shù)的轉(zhuǎn)速

現(xiàn)行標準

GB/T 14229-1993 齒輪接觸疲勞強度試驗方法

GB/T 14230-1993 齒輪彎曲疲勞強度試驗方法

GB/T 14231-1993 齒輪裝置效率測定方法

GB/T 1840-1989 圓弧圓柱齒輪模數(shù)

GB/T 15752-1995 圓弧圓柱齒輪基本術(shù)語

GB/T 15753-1995 圓弧圓柱齒輪精度

GB/T 3481-1997 齒輪輪齒磨損和損傷術(shù)語

GB/T 2362-1990 小模數(shù)漸開線圓柱齒輪基本齒廓

GB/T 2363-1990 小模數(shù)漸開線圓柱齒輪精度

GB/T 3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法

GB/T 6083-2001 齒輪滾刀基本型式和尺寸

GB/T 6084-2001 齒輪滾刀通用技術(shù)條件

GB/T 1356-2001 通用機械和重型機械用圓柱齒輪標準基本齒條齒廓

GB/T 4459.2-2003 機械制圖齒輪表示法

GB/T 2821-2003 齒輪幾何要素代號

GB/T 10062.1-2003 錐齒輪承載能力計算方法第1部分:概述和通用影響系數(shù)

GB/T 10062.2-2003 錐齒輪承載能力計算方法第2部分:齒面接觸疲勞（點蝕）強度計算

GB/T 10062.3-2003 錐齒輪承載能力計算方法第3部分:齒根彎曲強度計算

GB/Z 6413.1-2003 圓柱齒輪、錐齒輪和準雙曲面齒輪膠合承載能力計算方法第1部分:閃溫法

GB/Z 6413.2-2003 圓柱齒輪、錐齒輪和準雙曲面齒輪膠合承載能力計算方法第2部分:積分溫度法

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結(jié)構(gòu)分類

一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓。

輪齒

簡稱齒，是齒輪上 每一個用于嚙合的凸起部分，這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續(xù)嚙合運轉(zhuǎn)。

齒槽

是齒輪上兩相鄰輪齒之間的空間；端面是圓柱齒輪或圓柱蝸桿上 ，垂直于齒輪或蝸桿軸線的平面。

端面

是齒輪兩端的平面。

法面

指的是垂直于輪齒齒線的平面。

齒頂圓

是指齒頂端所在的圓。

齒根圓

是指槽底所在的圓。

基圓

形成漸開線的發(fā)生線作純滾動的圓。

分度圓

是在端面內(nèi)計算齒輪幾何尺寸的基準圓。

主要參數(shù)

齒數(shù)Z

閉式齒輪傳動一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，以齒數(shù)多一些為好，小齒輪的齒數(shù)可取為z1=20~40。開式（半開式）齒輪傳動，由于輪齒主要為磨損失效，為使齒輪不致過小，故小齒輪不宜選用過多的齒數(shù)，一般可取z1=17~20。

螺旋角

β > 0為左旋；

β < 0為右旋

齒距

pn=ptcosβ（下標n和t分別表示法向和端面的標記）

模數(shù)

模數(shù)是指相鄰兩輪齒同側(cè)齒廓間的齒距p與圓周率π的比值（m=p/π），以毫米為單位。模數(shù)是模數(shù)制輪齒的一個基本參數(shù)，直齒、斜齒和圓錐齒齒輪的模數(shù)皆可參考標準模數(shù)系列表（GB/T 1357-1987）。

mn=mtcosβ

m=p/ π

齒輪的分度圓是設(shè)計、計算齒輪各部分尺寸的基準，而齒輪分度圓的周長=πd=z p

模數(shù)m是決定齒輪尺寸的一個基本參數(shù)。齒數(shù)相同的齒輪模數(shù)大，則其尺寸也大。

壓力角

α rb=rcosα=1/2mzcosα

在兩齒輪節(jié)圓相切點P處，兩齒廓曲線的公法線（即齒廓的受力方向）與兩節(jié)圓的公切線（即P點處的瞬時運動方向）所夾的銳角稱為壓力角，也稱嚙合角。對單個齒輪即為齒形角。標準齒輪的壓力角一般為20”。在某些場合也有采用α=14.5° 、15° 、22.50°及25°等情況。

分度圓直徑

d=m*z

中心距

a=1/2*m（z1+z2）

正確嚙合條件

m1=m2,α1=α2,β1=β2

為使齒輪免于根切，對于α=20o的標準直尺圓柱齒輪，應(yīng)取z1≥17。Z2=u·z1。

齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)

—h*a 、C*

兩齒輪嚙合時，總是一個齒輪的齒頂進入另一個齒輪的齒根，為了防止熱膨脹頂死和具有儲成潤滑油的空間，要求齒根高大于齒頂高。為 此引入了齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)。

正常齒：h*a =1； C*=0.25 短齒：h*a =0.8； C*=0.3

型號

按規(guī)格或尺寸大小分類，齒輪型號分為標準和非標準兩種；

按國內(nèi)外計量單位不同，齒輪型號分為公制和英制兩種。

公制齒輪型號

國內(nèi)主要采用公制/模數(shù)（M/m），齒輪模數(shù)=分度圓直徑÷齒數(shù)=齒輪外徑÷（齒數(shù)+2）。

公制齒輪主要型號有：M0.4 M0.5 M0.6 M0.7 M0.75 M0.8 M0.9 M1 M1.25 M1.5 M1.75 M2 M2.25 M2.5 M2.75 M3 M3.5 M4 M4.5 M5 M5.5 M6 M7 M8 M9 M10 M12 M14 M15 M16 M18 M20 M22 M24 M25 M26 M28 M30

英制齒輪型號

DP齒輪是歐美等國采用的英制齒輪（徑節(jié)齒輪），是指每一英寸分度圓直徑上的齒數(shù)，該值越大齒越小。徑節(jié) DP=z/D （z —齒數(shù)，D—分度圓直徑，英寸），以徑節(jié)DP單位為 （1/in）。它與公制的換算關(guān)系為 m=25.4/DP，也就是說它和我們常用的模數(shù)是一樣的。

英制齒輪主要型號有：DP1 DP1.25 DP1.5 DP1.75 DP2 DP2.25 DP2.5 DP2.75 DP3 DP4 DP4.5 DP5 DP6 DP7 DP8 DP9 DP10 DP12 DP14 DP16

分類

齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等分類。

齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位。漸開線齒輪比較容易制造，因此現(xiàn)代使用的齒輪中 ，漸開線齒輪占多數(shù)，而擺線齒輪和圓弧齒輪應(yīng)用較少。

在壓力角方面，小壓力角齒輪的承載能力較小；而大壓力角齒輪，雖然承載能力較高，但在傳遞轉(zhuǎn)矩相同的情況下軸承的負荷增大，因此僅用于特殊情況。而齒輪的齒高已標準化，一般均采用標準齒高。變位齒輪的優(yōu)點較多，已遍及各類機械設(shè)備中。

另外，齒輪還可按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪；按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪；按輪齒所在的表面分為外齒輪、內(nèi)齒輪；按制造方法可分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結(jié)齒輪等。

齒輪的制造材料和熱處理過程對齒輪的承載能力和尺寸重量有很大的影響。20世紀50年代前，齒輪多用碳鋼，60年代改用合金鋼，而70年代多用表面硬化鋼。按硬度 ，齒面可區(qū)分為軟齒面和硬齒面兩種。

軟齒面的齒輪承載能力較低，但制造比較容易，跑合性好， 多用于傳動尺寸和重量無嚴格限制，以及小量生產(chǎn)的一般機械中。因為配對的齒輪中，小輪負擔(dān)較重，因此為使大小齒輪工作壽命大致相等，小輪齒面硬度一般要比大輪的高。

硬齒面齒輪的承載能力高，它是在齒輪精切之后 ，再進行淬火、表面淬火或滲碳淬火處理，以提高硬度。但在熱處理中，齒輪不可避免地會產(chǎn)生變形，因此在熱處理之后須進行磨削、研磨或精切 ，以消除因變形產(chǎn)生的誤差，提高齒輪的精度。

材料

制造齒輪常用的鋼有調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的機械性能較差，可用于輕載的開式齒輪傳動中；球墨鑄鐵可部分地代替鋼制造齒輪 ；塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方，與其配對的齒輪一般用導(dǎo)熱性好的鋼齒輪。

未來齒輪正向重載、高速、高精度和率等方向發(fā)展，并力求尺寸小、重量輕、壽命長和經(jīng)濟可靠。

而齒輪理論和制造工藝的發(fā)展將是進一步研究輪齒損傷的機理，這是建立可靠的強度計算方法的依據(jù)，是提高齒輪承載能力，延長齒輪壽命的理論基礎(chǔ)；發(fā)展以圓弧齒廓為代表的新齒形；研究新型的齒輪材料和制造齒輪的新工藝； 研究齒輪的彈性變形、制造和安裝誤差以及溫度場的分布，進行輪齒修形，以改善齒輪運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，并在滿載時增大輪齒的接觸面積，從而提高齒輪的承載能力。

摩擦、潤滑理論和潤滑技術(shù)是 齒輪研究中的基礎(chǔ)性工作，研究彈性流體動壓潤滑理論，推廣采用合成潤滑油和在油中適當(dāng)?shù)丶尤霕O壓添加劑，不僅可提高齒面的承載能力，而且也能提高傳動效率。

類型

傳動比

定傳動比 —— 圓形齒輪機構(gòu)（圓柱、圓錐）

變傳動比 —— 非圓齒輪機好構(gòu)（橢圓齒輪）

輪軸相對位置

平面齒輪機構(gòu)

直齒圓柱齒輪傳動

外嚙合齒輪傳動

內(nèi)嚙合齒輪傳動

齒輪齒條傳動

斜齒圓柱齒輪傳動

人字齒輪傳動

空間齒輪機構(gòu)

圓錐齒輪傳動

交錯軸斜齒輪傳動

蝸輪蝸桿傳動

工藝

錐形齒輪

毛坯半制品齒輪

螺旋齒輪

內(nèi)齒輪

直齒輪

蝸輪蝸桿

塑料齒輪

隨著科學(xué)的發(fā)展，齒輪已經(jīng)慢慢由金屬齒輪轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰淆X輪。因為塑料齒輪更具有潤滑性和耐磨性?？梢詼p小噪音，降低成本，降低摩擦。

常用的塑料齒輪材料有：PVC,POM,PTFE,PA,尼龍，PEEK等。

汽車齒輪

我國中重型載貨汽車齒輪用鋼牌號較多，主要是為適應(yīng)引進當(dāng)時*汽車技術(shù)的要求。50年代我國從原蘇聯(lián)里哈喬夫汽車廠引進當(dāng)時蘇聯(lián)中型載貨汽車（即“解放”牌原車型）生產(chǎn)技術(shù)的同時，也引進了原蘇聯(lián)生產(chǎn)汽車齒輪的20CrMnTi鋼種。

改革開放以后，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，為了滿足我國交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展需要，從80年代開始，我國有計劃地引進工業(yè)發(fā)達國家的各類*機型，各類*中重型載貨汽車也不斷引進。同時，我國大汽車廠同國外汽車大公司進行合作，引進*汽車生產(chǎn)技術(shù)，其中包括汽車齒輪的生產(chǎn)技術(shù)。與此同時，我國鋼鐵冶煉技術(shù)水平也在不斷提高，采用鋼包二次冶煉及成分微調(diào)和連鑄連軋等*冶煉技術(shù)，使得鋼廠能生產(chǎn)出高純凈度、淬透性能帶縮窄的齒輪用鋼材，從而實現(xiàn)了引進汽車齒輪用鋼的國產(chǎn)化，使我國齒輪用鋼的生產(chǎn)水平上了一個新臺階。適合于我國國情的國產(chǎn)重型汽車齒輪用含鎳高淬透性能鋼也得到了應(yīng)用，取得了較好效果。汽車齒輪的熱處理技術(shù)也從原50-60年代采用井式氣體滲碳護發(fā)展到當(dāng)前普遍采用由計算機控制的連續(xù)式氣體滲碳自動線和箱式多用爐及自動生產(chǎn)線（包括低壓（真空）滲碳技術(shù)）、齒輪滲碳預(yù)氧化處理技術(shù)，齒輪淬火控制冷卻技術(shù)（由于專用淬火油和淬火冷卻技術(shù)的使用）、齒輪鍛坯等溫正火技術(shù)等。這些技術(shù)的采用不僅使齒輪滲碳淬火畸變得到了有效控制、齒輪加工精度得到提高、使用壽命得到延長，而且還滿足了齒輪的現(xiàn)代化熱處理的大批量生產(chǎn)需要。

有關(guān)文獻指出，汽車齒輪的壽命主要由兩大指標考核，一是齒輪的接觸疲勞強度，二是齒輪的彎曲疲勞強度。前者主要由滲碳淬火質(zhì)量決定，后者主要由齒輪材料決定。為此，有必要對汽車齒輪用滲碳鋼的要求、性能及其熱處理特點有一個較全面的了解。

鉻錳鈦鋼和硼鋼

長期以來，我國載貨汽車齒輪使用普遍的鋼種是20CrMnTi。這是上世紀50年代我國從原蘇聯(lián)引進的中型的汽車齒輪18XTr鋼種（即20CrMnTi鋼）。該鋼晶粒細，滲碳時晶粒長大傾向小，具有良好的滲碳淬火性能，滲碳后可直接淬火。文獻指出，在1980年以前，我國的滲碳合金結(jié)構(gòu)鋼（包括20CrbinTi鋼）在鋼材出廠時只保證鋼材的化學(xué)成分和用樣品測定的力學(xué)性能，但是在汽車生產(chǎn)時常常出現(xiàn)化學(xué)成分和力學(xué)性能合格的鋼材，由于淬透性能波動范圍過大而影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況。例如若20CrMnTi滲碳鋼的淬透性過低，則制成的齒輪滲碳淬火后，心部硬度低于技術(shù)條件規(guī)定的數(shù)值，疲勞試驗時，齒輪的疲勞壽命降低一半；若淬透性能過高，則齒輪滲碳淬火后內(nèi)孔收縮量過大而影響齒輪裝配。

由于鋼材淬透性能對輪齒心部的硬度和畸變都有極其重大的影響，1985年冶金部頒布了我國的保證淬透性結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件（GB5216-85），在此技術(shù)條件中列入了包括20CxMnTiH、20MnVBH鋼在內(nèi)的10種滲碳鋼的化學(xué)成分、淬透性能數(shù)據(jù)。標準中規(guī)定：用于制造齒輪的20CrMnTi鋼的淬透性能指標為距水冷端9咖處的硬度為30-42HRC。在此之后，采用20CrMnTi鋼生產(chǎn)齒輪的齒心部硬度過低和畸變過大的問題基本上得到了解決。但是不管齒輪模數(shù)大小和鋼材截面粗細均采用同一鋼號20CrMnTi鋼顯然是不合理的。由于我國鋼材冶煉技術(shù)水平的提高，和合金結(jié)構(gòu)鋼供應(yīng)情況的改善，已經(jīng)有條件把齒輪鋼的淬透性能帶進一步縮窄，并根據(jù)不同產(chǎn)品（如變速器齒輪與后橋齒輪等）的要求開發(fā)新的鋼種以滿足其要求。

通過與鋼廠協(xié)商，1997年長春一汽先后與生產(chǎn)齒輪鋼廠的生產(chǎn)廠家簽定了將20CrMnTi鋼淬透性能分擋供應(yīng)的協(xié)議，例如“解放”牌5t載貨汽車上用于制造截面尺寸較小的變速器軸、中間軸齒輪和截面尺寸較大的后橋主、從動圓錐齒輪用20CrMnTiH鋼淬透性能組別分別為I和Ⅱ，對應(yīng)淬透性能分別為J9：30—36HRC和J9=36～42HRC。

1960年前后，由于我國鎳、鉻鋼的供應(yīng)緊張，影響了我國含鎳、鉻鋼材的生產(chǎn)。而當(dāng)時我國的汽車工業(yè)是從原蘇聯(lián)引進的技術(shù)，蘇聯(lián)大量應(yīng)用含鎳、鉻的鋼材。因此，當(dāng)時我國汽車工業(yè)大力發(fā)展了硼鋼的開發(fā)、研制工作，用20MnVB和20Mn2TiB鋼代替20CrMnTi滲碳鋼制造齒輪。這是因為在結(jié)構(gòu)鋼中加入微量硼（0.0001%-0.0035%）可以顯著地提高鋼材的淬透性能，因此鋼中加入微量硼可以代替一定數(shù)量的錳、鎳、鉻、鉬等貴重合金元素，因而硼鋼得到廣泛的應(yīng)用。長春一汽曾在“解放”牌汽車齒輪生產(chǎn)中使用過20MnTiB和20Mn2TiB鋼。

東風(fēng)汽車公司生產(chǎn)的“東風(fēng)”牌5，載貨汽車變速器和后橋齒輪分別采用20CrMnTi和20MnVB鋼制造。同樣，也與鋼廠簽定了把鋼材淬透性能帶縮窄并分檔供應(yīng)的協(xié)議。變速器和后橋主、從動圓錐齒輪用鋼分別為20CrMnTiH（3）和20MnVBH（2）、20MnVBH（3），對應(yīng)淬透性能分別為J9=32～39HRC和J9=37～44HRC、J9=34～42HRC。

我國綦江齒輪廠引進了德國公司的重型汽車變速器齒輪生產(chǎn)技術(shù)，在國內(nèi)按德國Ⅲ公司的標準試制了該公司的Cr-Mn-B系含硼齒輪鋼獲得成功。其齒輪材料的淬透性能為J10=31～39HRC

當(dāng)然，20CrMnTi鋼及20MnTiB鋼、20MVB鋼等含硼鋼也存在不足。一般認為20CrMnTi等滲碳鋼是本質(zhì)細晶粒鋼，滲碳后晶粒不會粗化，可直接淬火。但實際上由于鋼材冶煉質(zhì)量的影響，常常在正常條件下發(fā)生晶粒粗化現(xiàn)象。對多批材料的實際晶粒度試驗，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)部分實際晶粒度只有2—3級（930℃保溫3h條件下）。文獻認為，20CrMnTi由于Ti含量較高，鋼中TiN夾雜物多，尤其是大塊的TiN夾雜是齒輪疲勞時的疲勞源，它的存在會降低齒輪的接觸疲勞性能。這種夾雜物呈立方結(jié)構(gòu)，受力時易發(fā)生解理開裂，導(dǎo)致齒輪早期失效。另一個問題是該鋼的淬透性能有限，不能滿足大直徑大模數(shù)齒輪的要求，滲碳有效硬化層深度和心部硬度均不能滿足重型齒輪的要求。此外，在熱處理過程中20CrMnTi鋼易產(chǎn)生內(nèi)氧化和非馬氏體組織而降低齒輪的疲勞壽命。但在我國齒輪滲碳鋼中還沒有哪一種鋼在滲碳工藝上有20CrMnTi鋼這樣成熟和可靠。所以，它仍是目前國內(nèi)使用普遍的滲碳鋼種。20MnVB、20MnTiB和20Mn2TiB等硼鋼也存在一些缺點，如在冶煉時由于脫氧去氮不好而使硼不能起到增加淬透性能的作用，因此，使硼鋼的性能不穩(wěn)定，滲碳淬火后的齒輪畸變增大而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。同時由于混晶和晶粒易于粗大，致變形不易控制和韌性較差，且硼鋼齒輪根部易產(chǎn)生托氏體組織和碳氮共滲齒輪的黑網(wǎng)、黑帶。因此，很多工廠中止使用該鋼種。但是由此決不能就此得出硼鋼不適宜作齒輪滲碳鋼的結(jié)論。含硼的滲碳鋼在國外還有使用。例如，德國的Ⅳ齒輪廠，一直使用由其本廠擬訂的保留鋼種ZF7，這是一種含硼的低碳鉻錳鋼。該鋼主要的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）為0.15～0.20C，0.15～0.40S，1.0～1.3Cr，1.0～1.3Mn，0.001～0.003B。美國汽車變速器齒輪和后橋主、從動齒輪有的也采用含硼滲碳鋼，如50B15、43BVl4和94B17。因此，只要鋼廠冶煉技術(shù)跟上去，硼鋼的上述問題是能夠解決的。

20CrMnTiH、20MnVBH和20MnTiBH鋼齒輪鍛坯在連續(xù)式等溫正火爐內(nèi)進行處理可以保證得到均勻分布的片狀珠光體+鐵素體。這樣可以使齒輪的熱處理畸變大大減小，使齒輪的精度提高，使用壽命延長。

齒輪鍛坯等溫正火硬度為156～207HB。

鉻錳鉬鋼和鉻鉬鋼

22CrMnMo、20CrMnMoH和20CrMoH鋼由于有著較高淬透性而用于中型汽車齒輪。此類鋼可采用滲碳后直接淬火工藝。由于鉻錳鉬鋼和鉻鉬鋼中含有鉻和鉬等形成碳化物的元素，在滲碳過程中將促使輪齒表面碳含量增加，容易在滲碳層組織中出現(xiàn)大量碳化物，使?jié)B碳層性能惡化。因此，齒輪采用鉻錳鉬鋼和鉻鉬鋼滲碳時，宜采用弱滲碳氣氛，以防止形成過量碳化物。22CrMnMo和20CrMnMoH齒輪鍛坯正火后在650～670℃進行高溫回火處理，金相組織為細片狀珠光體+少量鐵素體，硬度為171～229HB。20CrMnH齒輪鍛坯好在連續(xù)式等溫正火爐中處理，935～945℃加熱，640～650℃先預(yù)冷后等溫，可獲得均勻的鐵素體+珠光體組織，硬度為156～207HB。文獻指出，20CrMoH鋼冶煉工藝穩(wěn)定，淬透性帶較窄且易于控制，與20CrMnTi鋼齒輪比較，具有熱處理畸變??；滲層有良好、穩(wěn)定的淬透性；金相組織、滲碳淬火后的表面和心部硬度，均能較好地滿足技術(shù)要求；疲勞性能好，比較適合汽車中小模數(shù)齒輪。綜合考慮齒輪的服役條件，既保證齒輪的疲勞壽命，又減少齒輪的熱處理畸變，在用以制造變速箱齒輪時應(yīng)為J9=30～36HRC，用以制造后橋齒輪時應(yīng)為J9=37～42HRC。

齒輪用鋼的國產(chǎn)化

隨著*車型的引進，各種齒輪鋼的國產(chǎn)化使我國的齒輪鋼水平上了一個新臺階。德國的Cr-Mn鋼，日本的Cr-Mo系鋼，和美國的SAE86鋼滿足了中小模數(shù)齒輪用鋼。國產(chǎn)載貨汽車齒輪有的采用美國牌號SAE8822H鋼，如8t和10t橋用圓錐齒輪采用SAE8822H，該鋼的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）為0.19～0.25C，0.70～1.05Mn，0.15～0.35Si，0.35～0.75Ni，0.35～0.65Cr，0.30～0.40Mo。文獻認為，控制淬透性是解決齒輪畸變問題的關(guān)鍵。為減少畸變應(yīng)選用Jominy淬透性帶寬在4HRC以下的H鋼。采用H鋼的齒輪熱處理后精度（接觸區(qū)）比普通鋼高70%～80%，使用壽命延長。因此，工業(yè)發(fā)達國家先后規(guī)定了滲碳合金結(jié)構(gòu)鋼的淬透性帶。根據(jù)需要將淬透性帶限制在很窄的范圍（4～5HRC）。1）在德國訂貨時，可以要求鋼材的淬透性能在給定的范圍內(nèi)，也可以要求縮窄淬透性能的鋼材。17CrNiM06非常適合制造大模數(shù)重負荷汽車齒輪，該鋼主要化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）為0.15～0.20C，0.40～0.60Mn，1.50～1.80Cr，0.25～0.35Mo，1.40～1.70Ni。此鋼在我國已開始生產(chǎn)和使用。文獻認為，在17CrNiM06鋼齒輪滲碳過程中，在適當(dāng)降低滲碳后期碳勢的同時加快滲碳后的冷卻速度，由空冷改為風(fēng)冷，阻止大塊碳化物的形成，然后在630cC進行高溫回火，以析出部分合金碳化物，為的是在820℃二次加熱淬火時減少殘留奧氏體量，終獲得較好的金相組織。2）奧地利"Styer"重型汽車廠要求淬透性帶寬為7HRC。3）日本中重型貨車，如“日野”牌KB222型載重9t汽車和“日產(chǎn)”牌CKL20DD型載貨8t汽車的變速器齒輪及后橋齒輪廣泛采用Cr-Mo系鋼，如SCM420H和SCM822H鋼，相當(dāng)于我國國產(chǎn)化20CrMnMoH和22CrMoH鋼。

此類鋼具有較高的淬透性能。在一定范圍內(nèi)，齒輪的彎曲疲勞壽命隨著淬透性的增加而提高。文獻指出，長春一汽開始在生產(chǎn)“解放”牌9t載貨汽車后橋齒輪時，采用20CrMnTiH鋼，即使使用淬透性能為Ⅱ組的鋼材（J9=36～42HRC），熱處理后齒輪輪齒心部硬度也只有22～24HRC，達不到齒輪技術(shù)條件規(guī)定的要求，汽車在使用時，后橋主動和從動圓錐齒輪發(fā)生早期損壞。因此不得不選用淬透性能更高的Ct-Mo鋼，其主要成分參考日本的SCM822H齒輪鋼，該鋼材的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）為：0.19～0.25C，0.55～0.90Mn，0.15～0.35Si，0.85～1.25Cr，0.35～0.45Mo。經(jīng)與鋼廠協(xié)商，生產(chǎn)出了國產(chǎn)化的新鋼種22CrMoH鋼，其淬透性能指標為J9=36～42HRC，較好地滿足了汽車齒輪的使用要求。但是，該鋼的工藝性能較差，齒輪鍛坯要經(jīng)過等溫退火處理后才能進行切削加工，硬度為156～207HB，金相組織為先共析鐵素體+偽共析珠光體。此鋼淬透性能較高，普通正火容易產(chǎn)生粒狀貝氏體，粒狀貝氏體的出現(xiàn)對切削加工極為不利，不僅使刀具的使用壽命大幅度下降，而且由于異常組織的出現(xiàn)，總是伴隨著金相組織的不均勻性，終造成齒輪熱處理畸變的增大。4）美國汽車制造廠商力圖降低生產(chǎn)成本，同時，提高零件的可靠性和耐久性，這就需要產(chǎn)品的幾何尺寸及力學(xué)性能的高度一致。對熱處理的零件要改善產(chǎn)品性能的一致性，必須降低零件淬火后硬度的分散程度，這就與鋼的淬透性能帶的寬窄程度有直接關(guān)系。齒輪心部硬度的一致性將減少熱處理的畸變，從而提高齒輪的精度，并使輪齒表層的殘余壓應(yīng)力分布更加均勻。美國載貨汽車變速器齒輪和后橋主動圓錐齒輪用鋼有的采用SAE8620鋼和SAFA820鋼制造。美國SAE8620H、SAE8822H等牌號鋼在我國也已開始生產(chǎn)（如寶鋼集團上鋼五廠等）和使用，分別用于中型載貨汽車變速器齒輪和后橋圓錐齒輪。

國內(nèi)重型汽車齒輪用鋼

我國齒輪鋼基本滿足國民需求和引進技術(shù)過程國產(chǎn)化的要求，而重型車傳動齒輪及中重型車的后橋齒輪用鋼，尚有待開發(fā)和生產(chǎn)。根據(jù)國內(nèi)重型汽車的使用技術(shù)現(xiàn)狀分析，超載使用和路況較差這兩個問題較為嚴重，而且短期內(nèi)無法克服，這就使齒輪經(jīng)常承受較大的過載沖擊載荷。過載沖擊載荷介于疲勞和斷裂應(yīng)力之間，它對齒輪使用壽命有很大影響，往往造成齒輪早期失效。從這一點來說，大模數(shù)重負荷汽車齒輪應(yīng)選擇Cr-Ni或Cr-Ni-Mo系鋼，如德國的17CrNiM06鋼好，還有國產(chǎn)20CrNi3H、20CrNiMoH鋼。大功率發(fā)動機的問世促進了新型Cr-Ni-Mo系列齒輪鋼的開發(fā)和應(yīng)用。如新型齒輪用鋼20CrNi2Mo、17CrNiM06。一汽集團某汽車改裝公司開發(fā)了一種新型載貨汽車橋，其特點是匹配發(fā)動機的功率大。為保證齒輪的使用壽命，對齒輪的材料及質(zhì)量有了更高的要求，原采用22CrMoH鋼制成的后橋主動圓錐齒輪在使用過程中出現(xiàn)早期失效，嚴重時甚至出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。在熱處理方面，由于齒輪材料熱處理工藝有時不夠穩(wěn)定，部分齒輪的有效硬化層不夠，齒輪心部和表面硬度偏低，這些都是導(dǎo)致齒輪早期失效的主要原因。而且，Cr容易形成晶間網(wǎng)狀碳化物，有損滲層力學(xué)性能。分析發(fā)現(xiàn)，齒輪輪齒心部硬度低時，過渡層塑性變形會引起滲碳層產(chǎn)生過高應(yīng)力，因而導(dǎo)致滲碳層形成裂紋，后使整個輪齒斷裂。為此，根據(jù)“斯太爾”汽車橋后橋主動圓錐齒輪使用20CrNi3H鋼的良好行車使用效果，應(yīng)確保齒輪的有效硬化層深度在1.8～2.2mm，齒輪輪齒心部硬度在38～45HRC，齒輪表面硬度在60～64HRC，碳化物在1～3級，馬氏體、殘留奧氏體在1～4級，這樣可使齒輪的使用壽命提高30%～40%。

冶金齒輪

粉末冶齒輪是少切屑、無切屑的*的產(chǎn)物。

雖然粉末冶金齒輪在整個粉末冶金零件中難以單獨統(tǒng)計，但無論是按重量還是按零件數(shù)量，粉末冶金齒輪在汽車、摩托車中所占的比例都遠遠大干其他領(lǐng)域中的粉末冶金零件。因此，從汽車、摩托車在整個粉末冶金零件中所占比例的上升可以看出，粉末冶金齒輪在整個粉末冶金零件中處于飛速發(fā)展的地位。如果按零件特點來分，齒輪屬于結(jié)構(gòu)類零件，而結(jié)構(gòu)類零件在整個鐵基零件中所占的重量也遠遠大于其他幾類，粉末冶金零件。

主要粉末冶金齒輪

（1）凸輪軸齒形帶輪 凸輪軸齒形帶輪是各種汽車發(fā)動機中普遍使用的粉末冶金零件，通過一次成形和精整工藝，不需要其他后處理工藝，可以*達到尺寸精度要求，尤其是齒形精度。因此，與用傳統(tǒng)機械加工方法制造相比，在材料投入和制造上都大大減少，它是體現(xiàn)粉末冶金特點的典型產(chǎn)品。粉末冶金零件配套舉例

配套類別零部件名稱：汽車發(fā)動機；凸輪軸、曲軸正時帶輪，水泵、油泵帶輪，主動、從動齒輪，主動、從動鏈輪，凸輪，軸承蓋，搖臂，襯套，止推板，氣門導(dǎo)管，進、排氣門閥座汽車變速箱；各種高低速同步器齒轂及組件，離合器齒輪，凸輪、凸輪軸，滑塊，換擋桿，軸套，導(dǎo)塊，同步環(huán)

摩托車零件；從動齒輪及組件，鏈輪，起動棘爪，棘輪，星形輪，雙聯(lián)齒輪，副齒輪，變速齒輪，推桿凸輪，軸套，滑動軸承，定心套，從動盤，進、排氣門閥座

汽車、摩托車油泵；各種油泵齒輪、齒轂，各種油泵轉(zhuǎn)子，凸輪環(huán)汽車、摩托車減振器各種活塞，底閥座，導(dǎo)向座壓縮機各種活塞，缸體，缸蓋，閥板，密封環(huán)農(nóng)機產(chǎn)品 各種軸套，轉(zhuǎn)子，軸承.

其他；分電器齒輪，行星齒輪，內(nèi)齒盤，組合內(nèi)齒輪，各種不銹鋼螺母，磁極。

2用途應(yīng)用

加工方式

漸開線齒輪加工方法有2大類，一個是仿形法，用成型銑刀銑出齒輪的齒槽，是“模仿形狀”的。另一個是范成法（展成法）。

（1）滾齒機滾齒：可以加工8模數(shù)以下的斜齒

（2）銑床銑齒：可以加工直齒條

（3）插床插齒：可以加工內(nèi)齒

（4）冷打機打齒：可以無屑加工

（5）刨齒機刨齒：可以加工16模數(shù)大齒輪

（6）精密鑄齒：可以大批量加工廉價小齒輪

（7）磨齒機磨齒：可以加工精密母機上的齒輪

（8）壓鑄機鑄齒：多數(shù)加工有色金屬齒輪

（9）剃齒機：是一種齒輪精加工用的金屬切削機床

失效形式

1、齒面磨損

對于開式齒輪傳動或含有不清潔的潤滑油的閉式齒輪傳動，由于嚙合齒面間的相對滑動，使一些較硬的磨粒進入了摩擦表面，從而使齒廓改變，側(cè)隙加大，以至于齒輪過度減薄導(dǎo)致齒斷。一般情況下，只有在潤滑油中夾雜磨粒時，才會在運行中引起齒面磨粒磨損。

2、齒面膠合

對于高速重載的齒輪傳動中，因齒面間的摩擦力較大，相對速度大，致使嚙合區(qū)溫度過高，一旦潤滑條件不良，齒面間的油膜便會消失，使得兩輪齒的金屬表面直接接觸，從而發(fā)生相互粘結(jié)。當(dāng)兩齒面繼續(xù)相對運動時，較硬的齒面將較軟的齒面上的部分材料沿滑動方向撕下而形成溝紋。

3、疲勞點蝕

相互嚙合的兩輪齒接觸時，齒面間的作用力和反作用力使兩工作表面上產(chǎn)生接觸應(yīng)力，由于嚙合點的位置是變化的，且齒輪做的是周期性的運動，所以接觸應(yīng)力是按脈動循環(huán)變化的。齒面長時間在這種交變接觸應(yīng)力作用下，在齒面的刀痕處會出現(xiàn)小的裂紋，隨著時間的推移，這種裂紋逐漸在表層橫向擴展，裂紋形成環(huán)狀后，使輪齒的表面產(chǎn)生微小面積的剝落而形成一些疲勞淺坑。

4、輪齒折斷

在運行工程中承受載荷的齒輪，如同懸臂梁，其根部受到脈沖的周期性應(yīng)力超過齒輪材料的疲勞極*，會在根部產(chǎn)生裂紋，并逐步擴展，當(dāng)剩余部分無法承受傳動載荷時就會發(fā)生斷齒現(xiàn)象。齒輪由于工作中嚴重的沖擊、偏載以及材質(zhì)不均勻也可能引起斷齒。

5、齒面塑性變形

在沖擊載荷或重載下，齒面易產(chǎn)生局部的塑性變形，從而使?jié)u開線齒廓的曲面發(fā)生變形。

潤滑特點

一對減速機齒輪的運動是通過一對一對的齒面嚙合運動來完成的，一對叻合齒面的相對運動又包含滾動和滑動，對于傳遞動力的齒輪，要研究齒輪的受力和變形.需要應(yīng)用力學(xué)知識，齒輪兩齒面之間有潤滑油，又涉及流體力學(xué)的知識.如果研究潤帶劑與齒輪表面相互作用生成的表面膜，需要物理、化學(xué)方面的知識。因此，在有潤滑劑的條件下，要真實全面地反映齒輪傳動的運動學(xué)和動力學(xué)問題都必須考慮潤滑劑的存在。計人潤滑劑的齒輪設(shè)計，是更加全面和完善的齒輪設(shè)計。

生產(chǎn)企業(yè)

齒輪工業(yè)主要由三類企業(yè)組成：車輛齒輪傳動制造企業(yè)，工業(yè)齒輪傳動制造企業(yè)與齒輪專用裝備制造企業(yè)。其中，車輛齒輪*，其*達到60%；工業(yè)齒輪由工業(yè)通用、專用、特種齒輪構(gòu)成，其*分別為18%、12%、8%；齒輪裝備這一塊只占*的2%。

3注意問題

進行簡易診斷的目的是迅速判斷齒輪是否處于正常工作狀態(tài)，對處于異常工作狀態(tài)的齒輪進一步進行精密診斷分析或采取其他措施。當(dāng)然，在許多情況下，根據(jù)對振動的簡單分析，也可診斷出一些明顯的故障。

齒輪的簡易診斷包括噪聲診斷法、振平診斷法以及沖擊脈沖（SPM）診斷法等，常用的是振平診斷法。

振平診斷法是利用齒輪的振動強度來判別齒輪是否處于正常工作狀態(tài)的診斷方法。根據(jù)判定指標和標準不同，又可以分為值判定法和相對值判定法。

值判定法

值判定法是利用在齒輪箱上同一測點部位測得的振幅值直接作為評價運行狀態(tài)的指標。

用值判定法進行齒輪狀態(tài)識別，必須根據(jù)不同的齒輪箱，不同的使用要求制定相應(yīng)的判定標準。

制定齒輪值判定標準的主要依據(jù)如下：

1）對異常振動現(xiàn)象的理論研究；

（2）根據(jù)實驗對振動現(xiàn)象所做的分析；

（3）對測得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計評價；

（4）參考國內(nèi)外的有關(guān)標準。

實際上，并不存在可適用于一切齒輪的值判定標準，當(dāng)齒輪的大小、類型等不同時，其判定標準自然也就不同。

按一個測定參數(shù)對寬帶的振動做出判斷時，標準值一定要依頻率而改變。頻率在1kHz以下，振動按速度來判定；頻率在1kHz以上，振動按加速度來判定。實際的標準還要根據(jù)具體情況而定。

相時值判定法

在實際應(yīng)用中，對于尚未制定出值判定標準的齒輪，可以充分利用現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計平均，制定適當(dāng)?shù)南鄬ε卸藴?，采用這種標準進行判定稱為相對值判定法。

相對判定標準要求將在齒輪箱同一部位測點在不同時刻測得的振幅與正常狀態(tài)下的振幅相比較，當(dāng)測量值和正常值相比達到一定程度時，判定為某一狀態(tài)。比如，相對值判定標準規(guī)定實際值達到正常值的1.6~2倍時要引起注意，達到2.56~4倍時則表示危險等。至于具體使用時是按照1.6倍進行分級還是按照2倍進行分級，則視齒輪箱的使用要求而定，比較粗糙的設(shè)備（例如礦山機械）一般使用倍數(shù)較高的分級。

實際中，為了達到佳效果，可以同時采用上述兩種方法，以便對比比較，全面評價。

4相關(guān)計算

齒數(shù)計算

直徑計算方法

齒頂圓直徑=（齒數(shù)+2ha*）*模數(shù)

分度圓直徑=齒數(shù)*模數(shù)

齒根圓直徑=（齒數(shù)-2ha*-2*hc*）*模數(shù)

對于標準齒輪：ha*=1,hc*=0.25;其他非標準齒輪另取

比如：M4、齒32

齒頂圓直徑=（32+2*1）*4=136mm

分度圓直徑=32*4=128mm

齒根圓直徑=（32-2*1-2*0.25） *4=118mm

這種計算方法針對所有的模數(shù)齒輪（不包括變位齒輪）。

模數(shù)表示齒輪牙的大小。

齒輪模數(shù)=分度圓直徑÷齒數(shù)

齒輪模數(shù)選擇

齒輪模數(shù)國家標準為GB1357-78。

優(yōu)先選用模數(shù)：0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.25mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、 14mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm；

可選模數(shù)：1.75mm、2.25mm、2.75mm、3.5mm、4.5mm、5.5mm、7mm、9mm、14mm、18mm、 22mm、28mm、36mm、45mm；

很少用模數(shù)：3.25mm、3.75mm、6.5mm、11mm、30mm；

齒輪精度

齒輪精度是指對齒輪形狀的綜合誤差所劃分的一個等級，其中包括齒形、齒向、徑跳等一些重要的參數(shù)，其中齒形是指齒的徑向形狀，齒向是指齒的縱向形狀，徑跳是指相鄰兩齒間距離的誤差，一般我們汽車用的齒輪可由滾齒機加工完成，6~7級便可使用，而一些印刷機由于需要高速運轉(zhuǎn)和批量印刷，故需要高精度齒輪以減小齒輪累計所造成的誤差而使印刷效果下降，而國內(nèi)生產(chǎn)的磨齒機可加工至4~5級，國外進口的高精度磨齒機可加工至3,~4級，更有一些可以加工至2級。而日本標準DIN 0級相當(dāng)于中國評判的4級，一般誤差以μm為單位，1μm=0.001mm

齒輪鑄造

齒輪鑄造

齒輪鑄件也被稱為鑄鋼齒輪。這是因為大多數(shù)的齒輪都是由鑄鋼制造的 。在此，我分享一些有關(guān)生產(chǎn)齒輪鑄件和相關(guān)的熱處理信息。

齒輪鑄件的重量通常從幾公斤到數(shù)噸不等。

齒輪鑄件的材料通常使用高碳鑄鋼，也有些使用含鉻、鎳、鉬的合金鋼，以達到很高的抗拉強度。通常大齒輪比小齒輪的物理需求低。

關(guān)于鑄造工藝， 通常地板成型工藝就適用并能滿足正常需求。至于鑄鋼齒輪，如從動齒輪，齒輪和惰輪，使用石英砂的地板成型工藝是不錯的選擇。為什么呢，因為齒輪的大多數(shù)的部位都需要加工。所以，你不需要使用更高的鑄造工藝。此外，關(guān)于中、大型鋼鑄件， 使用石英砂的地板成型工藝幾乎是的選擇。

關(guān)于熱處理，當(dāng)然，所有鋼鑄件都必須標準化以消除內(nèi)部壓力。齒輪鑄件的某些部位可以焊接。如果鑄造廠焊接鑄件，必須對焊接位置退火。如果滾齒后硬度*，你可以再次退火以降低硬度并消除內(nèi)部硬點。在加工和滾齒后，齒輪淬火或稱之為硬化處理，以提高齒輪齒的表面硬度。對于小齒輪，你可以做滲碳處理。對于大型從動齒輪，你可以做表面淬火處理。沒有經(jīng)過硬化處理的齒輪壽命很短，僅幾個星期到幾個月。

由于齒輪鑄件對材料、缺陷、加工及熱處理的要求更高。而且，齒輪鑄件的訂單量相對較少。因此，許多鋼鐵鑄造廠不愿意制造。

一些齒輪由鍛造工藝制造。鍛造齒輪內(nèi)部組織密度更好、強度更高。鍛造齒輪可以用于更嚴格的工作條件。鑄造齒輪強度低，但廣泛應(yīng)用于一般工作條件。鍛造齒輪的成本高，而鑄造齒輪的成本相對較低。買方應(yīng)根據(jù)成本和使用條件選擇合適的制造工藝。

求法

分度圓 d=mz

齒距 p=mπ

齒厚 s=mπ/2

齒槽寬e=mπ/2

基圓 db=d*cosα=d*cos20°

齒頂高ha=（ha* ） *m

頂隙 C=（c*）*m

齒根高hf=ha+c=（ha*+c*）m

齒頂圓da=d+2ha

齒根圓df=d-2hf

全齒高h=ha+hf

中心距 a=（d1+d2）/2=m/2（Z1+Z2）