輪齒

齒輪綜合知識

直齒圓柱齒輪各部分的名稱和尺寸代號

1、齒頂圓--齒輪齒頂所在的圓。其直徑（或半徑）用da（或ra）表示。

2、齒根圓-—齒輪齒槽底所在的圓.其直徑(或半徑）用df（或rf)表示。

3、分度圓--用來分度（分齒）的圓，該圓位于齒厚和槽寬相等的地方。其直徑（或半徑）

用d（或r表示)。

4、齒頂高--齒頂圓與分度圓之間的徑向距離，用ha表示.

5、齒根高-—齒根圓與分度圓之間的徑向距離，用hf表示。

6、全齒高--齒頂圓與齒根圓之間的徑向距離，用h表示。顯然有:

h=ha+hf

7、齒厚-—一個齒的兩側(cè)齒廓之間的分度圓弧長，用s表示。

8、槽寬—-一個齒槽的兩側(cè)齒廓之間的分度圓弧長，用e表示.

9、齒距—-相鄰兩齒的同側(cè)齒廓之間的分度圓弧長，用p表示。顯然有：

p=s+e

10、齒寬—-齒輪輪齒的寬度（沿齒輪軸線方向度量），用b表示。

直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和尺寸關(guān)系

齒數(shù)z一個齒輪的輪齒總數(shù).

模數(shù)m以z表示齒輪的齒數(shù)，那么齒輪的分度圓周長=πd=zp.因此分度圓直徑為：d=

（p/p)?z,

式中：p/p稱為齒輪的模數(shù)，用m表示，即

要使兩個齒輪能嚙合，它們的齒距必須相等。因此互相嚙合的兩齒輪的模數(shù)m必須相等。

從d=mz中可見，模數(shù)m越大,輪齒就越大；模數(shù)m越小，輪齒就越小。

模數(shù)m是設(shè)計、制造齒輪時的重要參數(shù)。不同模數(shù)的齒輪，要用不同模數(shù)的刀具來加工制

造.為了便于設(shè)計和減少加工齒輪的刀具數(shù)量，GBI357一78對齒輪的模數(shù)m已系列化，如

下表所示。

在選用模數(shù)時，應(yīng)優(yōu)先采用第一系列的模數(shù)，其次是第二系列,括號內(nèi)的盡可能不用。

壓力角a(嚙合角、齒形角）在節(jié)點P處，兩齒廓曲線的公法線與兩節(jié)圓的公切線所夾的

銳角稱嚙合角,也稱壓力角.我國采用的壓力角a一般為20°，加工齒輪的原始基本齒條的法

向壓力角稱齒形角。因此,壓力角a=嚙合角=齒形角.

當標準直齒圓柱齒輪的模數(shù)m確定后，按照與m的比例關(guān)系可算出輪齒的各基本尺寸。

1齒輪傳動機構(gòu)的特點及分類

齒輪傳動機構(gòu)的特點：

a。齒輪機構(gòu)是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣泛的傳動機構(gòu)，用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運

動和動力。

b.齒輪傳動主要優(yōu)點：傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠、壽命長，傳動比準確。

c。齒輪機構(gòu)主要缺點:制造及安裝精度要求高,價格較貴，不宜用于兩軸間距離較大的場合。

齒輪傳動機構(gòu)的分類

按軸的相對位置平行軸齒輪傳動機構(gòu)①

相交軸齒輪傳動機構(gòu)、交錯軸齒輪傳動機構(gòu)②

按齒線相對齒輪體母線相對位置直齒、斜齒、人字齒、曲線齒

按齒廓曲線漸開線齒、擺線齒、圓弧齒

按齒輪傳動機構(gòu)的工作條件閉式傳動、開式傳動、半開式傳動③

按齒面硬度軟齒面（≤350HB)、硬齒面（〉350HB）

說明：

①平行軸齒輪傳動機構(gòu)又稱為平面齒輪傳動機構(gòu)。

②相交軸齒輪傳動機構(gòu)和交錯軸齒輪傳動機構(gòu)統(tǒng)稱為空間齒輪傳動機構(gòu).

③閉式傳動的齒輪封閉在箱體內(nèi)，潤滑良好；開式傳動的齒輪是完全外露的，不能保證良

好潤滑;半開式傳動的齒輪浸在油池內(nèi)，裝有防護罩，不封閉.

平行軸齒輪傳動機構(gòu)

（圓柱齒輪傳動機構(gòu)）直齒

斜齒

曲齒

人字齒

齒輪齒條

內(nèi)齒輪

相交軸齒輪傳動機構(gòu)

（圓錐齒輪傳動機構(gòu))直齒

斜齒

曲線齒

交錯軸齒輪傳動機構(gòu)斜齒

蝸桿蝸輪

準雙曲面

齒輪

2傳動的基本要求：

在齒輪傳動機構(gòu)的研究、設(shè)計和生產(chǎn)中,一般要滿足以下兩個基本要求：

1。傳動平穩(wěn)—-在傳動中保持瞬時傳動比不變，沖擊、振動及噪音盡量小。

2.承載能力大——在尺寸小、重量輕的前提下，要求輪齒的強度高、耐磨性好及壽命長。

國內(nèi)外齒輪精度標準簡介

漸開線圓柱齒輪是機械傳動中量大面廣的基礎(chǔ)零部件，廣泛在汽車、機床、電力、冶金、

礦山、工程、起重運輸、船舶、機車、農(nóng)機、輕工、建工和軍工等領(lǐng)域中應(yīng)用。齒輪和齒輪

箱在國內(nèi)外都已以商品進行貿(mào)易。齒輪的質(zhì)量以工作可靠、壽命長、振動噪聲低為準則。除

材料熱處理硬度因素外,機械制造精度非常關(guān)鍵。據(jù)德國G尼曼,H溫特爾齒輪專家資料介紹，

制造精度等級相差一級，其承載能力強度相差20—30%，噪聲相差2。5-3dB，制造成本相

差60—80%。齒輪的設(shè)計、工藝、制造、檢驗以及銷售和采購都以齒輪精度標準為重要依

據(jù)。通過對國內(nèi)外齒輪精度標準的分析對比，有助于我們了解掌握國際、國外先進標準的情

況，找出自己的不足之處，這對我們做好采標工作,進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量,將起到積極的作用。

1國內(nèi)外齒輪精度標準的發(fā)展及現(xiàn)狀

齒輪精度標準是齒輪所有標準中最重要的一個基礎(chǔ)性標準，世界各國都十分重視該項標

準的制修訂工作。在20世紀40年代，齒輪精度標準有英國BS436—1940,美國齒輪制造協(xié)

會AGMA231。02—1941、德國企業(yè)工程師協(xié)會ADS提案、前蘇聯(lián)ROOT1643—46、法國

NFE23—006(1948)等，這期間齒輪標準特點是，規(guī)定的精度等級較少（4-6個級），從幾何

學觀點規(guī)定齒輪參數(shù)項目,按極其簡單的模式來確定各項公差值.

五十年代由十齒輪制造技術(shù)、測量儀器和使用經(jīng)驗的積累，對齒輪嚙合原理及精度理論

的研究，世界各國都進行了齒輪精度標準的修訂，以德國DIN396—3967（1952-1957）和前

蘇聯(lián)ROCT1643-1956標準為代表，齒輪精度等級和誤差項目增多，規(guī)定了切向和徑向綜合

誤差、建立了綜合誤差與單項誤差的關(guān)系，獨立規(guī)定側(cè)隙配合制度,并根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因

和各誤差對傳動性能的影響,提出了精度等級及誤差允許分類組合的概念。這對評定齒輪精

度、減少廢品、降低制造費用等極為有利。

七十年代隨著各國經(jīng)濟的發(fā)展，各國間科學技術(shù)和貿(mào)易往來日趨頻繁，制定一項能為各

國都能接受的國際標準的呼聲愈來愈高。1951年法國、前蘇聯(lián)、德國、英國、比利時和瑞

士六國組成ISO/TC60/WG2（齒輪技術(shù)委員會第二工作組），負責制定齒輪精度ISO標準，

法國為秘書國，經(jīng)過十余年的磋商、討論和驗證，最后十1975年通過為正式標準

ISO1328—1975。此國際標準除了德國、美國、日本外世界各國都以等同或等效采用ISO

1328-1975標準修訂各自國家標準。由于工業(yè)先進國家德國、美國、日本沒有采用ISO

1328-1975標準,形成世界齒輪精度標準事實上不統(tǒng)一。

八十年代ISO/TC60/WG2（齒輪技術(shù)委員會第二工作組)由德國、美國等國家參加對ISO

1328—1975標準進行修訂工作.ISO于1992年一1998年陸續(xù)正式頒布ISO1328-1:1995，ISO

1328-2:1997兩個標準，ISO/TR10064-1：1992，ISO/TR10064-2：

1996,ISO/TR11064—3:1996，ISO/TR10064-4:1998四個技術(shù)報告組成成套系統(tǒng)替代和廢

除ISO1328—1975標準。此ISO1328九十年代齒輪精度標準體系的特點，是在ISO1328-1975

標準基礎(chǔ)上進一步發(fā)展而修訂，吸收了德國DIN，美國AGMA標準成熟技術(shù)，使標準更

科學合理,從齒輪傳動動態(tài)性能和承載能力出發(fā)，結(jié)合齒輪制造規(guī)律綜合在標準本文和技術(shù)

報告中，一一明確。該標準與ISO1328-1975標準相比,可使相同精度等級下的圓柱齒輪，有

進一步提高傳動性能和承載能力及降低制造成本的效果。

我國1960年以前沒有圓柱齒輪精度標準，直接應(yīng)用前蘇聯(lián)rOCT1643—46標準，1958

年起原第一機械工業(yè)部組織力量著手研究，經(jīng)過分析、研究和驗證前蘇聯(lián)ROCT1643-56標

準,制訂和頒布了JB179—60《圓柱齒輪傳動公差》機械工業(yè)部部標準。對當時機械工業(yè)的

發(fā)展起到積極推動作用，很快達到世界五十年代水平.七十年代末機械工業(yè)部對JB179一60

標準進行了修訂,以等效采用ISO1328-1975標準，頒布JB179-81和JB179—83漸開線圓柱

齒輪精度機械工業(yè)部部標準。由十對標準進行了大力的宣貫,促進了圓柱齒輪精度質(zhì)量明顯

的提高。同時帶動國內(nèi)齒輪機床、刀具和量儀的發(fā)展。于1988年國家技術(shù)監(jiān)督局頒布了GB

10095-88漸開線圓柱齒輪精度國家標準。GB10095—88標準是等效采用ISO1328-1975國際

標準的，現(xiàn)在國際上已將ISO1328-1975標準作廢,由ISO1328九十年代成套標準代替。1997

年由國家技術(shù)監(jiān)督局下達任務(wù)對GB10095—88標準進行修訂，經(jīng)過幾年的努力，于2001

年完成了對該標準的修訂工作。新修訂的國家標準等同采用了ISO1328九十年代成套國際

標準，并于2001年12月發(fā)布實施。

2國內(nèi)外齒輪精度標準的對比分析

目前我國最新的齒輪精度標準為GB/T10095-2001，該標準等同十ISO1328最新標準，

在技術(shù)內(nèi)容上與ISO1328標準完全一致。但GB/T10095—2001標準發(fā)布后,并沒有及時出

版發(fā)行，直至今年年初才拿到正式的標準文本,因此，該標準并沒有得到及時的貫徹執(zhí)行。

目前各單位在加工齒輪時,絕大多數(shù)仍然按照原先規(guī)定的精度等級要求組織生產(chǎn)，即按GB

10095-88規(guī)定的精度等級要求加工齒輪。為了比較客觀地反映目前齒輪的精度狀況，本文

對國內(nèi)外標準對比分析時，主要把GB10095-88標準與國際、國外先進標準進行對比分析，

而GB/T10095—2001標準的情況與國際標準基本一致.

2。1標準的結(jié)構(gòu)和組成

國標GB10095—88結(jié)構(gòu)非常簡單，僅由標準的正文和標準的附錄兩部分構(gòu)成，整個標準

都具法定約束力.

ISO1328標準結(jié)構(gòu)相對比較復雜，整個標準有兩個分標準和四個技術(shù)報告組成成套的系統(tǒng)

標準：

ISO1328-1:1995圓柱齒輪—ISO精度制-第1部分：輪齒同側(cè)齒面偏差的定義和允許值

ISO1328—2:1997圓柱齒輪-ISO精度制-第2部分：徑向綜合偏差與徑向跳動的定義和允許

值

ISO/TR10064—1:1992圓柱齒輪-檢驗實施規(guī)范—第1部分:輪齒同側(cè)齒面的檢驗

ISO/TR10064-2：1996圓柱齒輪-檢驗實施規(guī)范—第2部分:徑向綜合偏差、徑向跳動、齒厚

和側(cè)隙的檢驗

ISO/TR11064—3:1996圓柱齒輪—檢驗實施規(guī)范-第3部分：齒輪坯、軸中心距和軸線平行

度的推薦評文件

ISO/TR10064—4:1998圓柱齒輪—檢驗實施規(guī)范—第4部分:表面結(jié)構(gòu)和輪齒接觸斑點檢驗

的推薦文件

每個分標準，如ISO1328-1，又有三部分組成，除標準的正文外，還有兩種類型的附錄,

即標準的附錄和提示的附錄。提示的附錄僅是參考資料，不具法定約束力.

美國現(xiàn)行的標準ANSI/AGMA2000-A88,該標準與國標一樣，結(jié)構(gòu)比較簡單，僅有標準的

正文和附錄兩部分。不同之處是該標準的附錄為提示的附錄，不具法定約束力。

德國齒輪精度標準有DIN3960—3967共8個標準組成,每個標準都非常簡潔、具體，實用

性較強.

從標準內(nèi)容看，國標GB10095—88內(nèi)容最少，主要由齒輪精度的參數(shù)項目術(shù)語定義及公差

表組成,而ISO,AGMA和DIN標準除了上述內(nèi)容外，還提供了指導性文件，為確定齒輪精

度等級和齒輪參數(shù)的測量原則及實際操作方法提供了較為詳細的指導,同時還為制造廠和用

戶列出了合同要求條款、過程控制、檢查項目和方法等，尤其是美國AGMA標準特別強調(diào)

齒輪制造的過程控制。所謂過程控制，就是控制齒輪制造過程中的每一個工序來保證齒輪的

制造精度.采用過程控制時，只要對任意一個齒輪做較少的測量即可，如測量公法線長度

等.AGMA標準對不同精度等級的所有誤差項目的檢測控制作了推薦,具有較強的實用性.從

內(nèi)容上分析，IS01328的內(nèi)容非常接近美國AGMA和德國DIN標準的內(nèi)容,它吸收了德國

DIN,美國AGMA標準的成熟技術(shù)，使標準更科學合理，并從齒輪傳動動態(tài)性能和承載能力

出發(fā),結(jié)合齒輪制造規(guī)律綜合在標準本文和技術(shù)報告中一一明確。可以說，修訂后的IS01328

標準向美國AGMA和德國DIN標準更靠近了一大步.

因此，從標準結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上分析,可以看出，ISO1328標準的結(jié)構(gòu)更為合理，層次清楚，

內(nèi)容全面和科學合理，操用性強.

2。2精度等級

GB10095-88標準的精度等級為1-12級共12個等級,1級為最高級，12級為最低級。

ISO1328-1：1995標準所有項目及ISO1328-21997標準，1,的Fr的精度等級為0—12級

共13個等級，0級為最高級，12級為最低級,0級為新增加的等級。IS01328—2:1997標準

中Fi’'，和fi’',的精度等級為4-12級,4級為最高,12級為最低共計9個等級。

美國AGMA標準的精度等級為3-15級共13個等級，3級為最低級，15級為最高級。

德國DIN標準的精度等級為1—12級共12個等級，1級為最高級，12級為最低級。

由十各國編制標準所遵循的基本原則、公差計算式及關(guān)系式以及尺寸（mn，d,b)分段的

不同，因此,很難精確給出GBISO,AGMA，DIN標準的精度等級的對應(yīng)關(guān)系，表1只是大

致地給出了各項公差精度的對應(yīng)關(guān)系，供參考。

齒輪常用材料和許用應(yīng)力

MATERIALFORGEARS

一、常用的齒輪材料

是鋼、鑄鐵和非金屬材料。

1、鍛鋼

鋼材的韌性好，耐沖擊，還可以通過熱處理或化學熱處理改善其力學性能及提高齒面硬度，

故最適應(yīng)于用來制造齒輪.除尺寸過大(da＞400～600mm）或者是結(jié)構(gòu)形狀復雜只宜鑄造者

外，一般都用鍛鋼制造齒輪，常用的是含碳量在(0.15～0.6)％的碳鋼或合金鋼。制造齒輪

的鍛鋼可分為：

軟齒面(硬度≤350HBS)：經(jīng)熱處理后切齒的齒輪所用的鍛鋼對于強度、速度及精度

都要求不高的齒輪，應(yīng)采用以便于切齒，并使刀具不致迅速磨損變鈍。因此，應(yīng)將齒輪毛坯

經(jīng)過正火（正火）或調(diào)質(zhì)處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級，精切時可達7

級。這類齒輪制造簡便、經(jīng)濟、生產(chǎn)效率高。

硬齒面（硬度＞350HBS）:需進行精加工的齒輪所用的鍛鋼高速、重載及精密機器

（如精密機床、航空發(fā)動機）所用的主要齒輪傳動，除要求材料性能優(yōu)良，輪齒具有高強度

及齒面具有高硬度（如58～65HRC）外，還應(yīng)進行磨齒等精加工。需精加工的齒輪目前多

是先切齒,再做表面硬化處理，最后進行精加工，精度可達5級或4級。這類齒輪精度高，

價格較貴，所以熱處理方法有表面淬火、滲碳、氮化、軟氮化及氰化等。所以材料視具體要

求及熱處理方法而定。

合金鋼根據(jù)所含金屬的成分及性能，可分別使材料的韌性、耐沖擊、耐磨及抗膠合的性

能等獲得提高，也可通過熱處理或化學熱處理改善材料的力學性能及提高齒面的硬度。所以

對于既是高速、重載又要求尺寸小、質(zhì)量小的航空用齒輪,就都用性能優(yōu)良的合金鋼（如

20CrMnTi，20Cr2Ni4A等）來制造。

2、鑄鋼

鑄鋼的耐磨性及強度均較好，但應(yīng)經(jīng)退火及正火處理，必要時也可進行調(diào)質(zhì)。鑄鋼常用于尺

寸較大的齒輪。

3．鑄鐵

灰鑄鐵性質(zhì)較脆,抗沖擊及耐磨性都較差,但抗膠合及抗點蝕的能力較好。灰鑄鐵齒輪常用于

工作平穩(wěn)、速度較低、功率不大的場合。

4．非金屬材料

對高速輕載及精度不高的齒輪傳動，為了降低噪聲，常用非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等）

做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力，齒面

的硬度應(yīng)為250～350HBS。

常用的齒輪材料及其力學性能列于設(shè)計用表.

二、齒輪許用應(yīng)力

齒輪的許用應(yīng)力[σ］按下式計算:

式中：

S—疲勞強度安全系數(shù)。對接觸疲勞強度計算，由于點蝕破壞發(fā)生后引起噪聲、振動增大，

并不立即導致不能繼續(xù)工作的后果，故可取S＝SH＝1.但是,如果一旦發(fā)生斷齒，就會引起

嚴重的故事,因此在進行齒根彎曲疲勞強度計算時取S＝SF＝1。25～1。5。

KN-考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù),稱為壽命系數(shù)。彎曲疲勞壽命系數(shù)和接觸疲勞壽命系數(shù)分

別見圖2.設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)；Lh為齒

輪的工作壽命，h，則齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計算：N＝60njLh。

σlim—齒輪的疲勞極限.彎曲疲勞強度極限值用σFE代入，查設(shè)計線圖，圖中的σFE＝

σFlim?YST，YST為試驗齒輪的應(yīng)力校正系數(shù)；接觸疲勞強度極限值σHlim查圖4。

注：1、圖中極限應(yīng)力值，一般選取其中間偏下值，即在MQ及ML中間選值.

2、若齒面硬度超出圖中薦用的范圍,可大體按外插法查取相應(yīng)的極限應(yīng)力值。

3、所示σFE為脈動循環(huán)應(yīng)力的極限應(yīng)力。對稱循環(huán)應(yīng)力的極限應(yīng)力值僅為脈動循環(huán)應(yīng)力的

70%.

4、夾布塑料的彎曲疲勞許用應(yīng)力=50MPa，接觸疲勞許用應(yīng)力=110MPa。

齒輪傳動失效形式和設(shè)計準則

齒輪傳動的失效主要是輪齒的失效，而輪齒的失效形式又多種多樣，較為常見的是下面敘述

的五種失效形式.齒輪的其它部分（如齒圈、輪輻、輪轂等），除了對齒輪的質(zhì)量大小需加嚴

格限制外,通常只需按經(jīng)驗設(shè)計，所定的尺寸對強度及剛度均較富裕，實踐中也極少失效。

1、輪齒折斷

輪齒折斷有多種形式，在正常情況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因為在輪齒受載時,齒根

處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應(yīng)力集中作

用，當輪齒重復受載后，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴展，致使輪齒疲勞折斷.此外,

在輪齒受到突然過載時，也可能出現(xiàn)過載折斷或剪斷；在輪齒受到嚴重磨損后齒厚過分減薄

時，也會在正常載荷作用下發(fā)生折斷.

在斜齒圓柱齒輪傳動中，輪齒工作面上的接觸線為一斜線（參看圖例），輪齒受載后，如有

載荷集中時，就會發(fā)生局部折斷.若制造或安裝不良或軸的彎曲變形過大，輪齒局部受載過

大時,即使是直齒圓柱齒輪,也會發(fā)生局部折斷。

為了提高齒輪的抗折斷能力,可采取下列措施：1）用增加齒根過渡圓角半徑及消除加工刀痕

的方法來減小齒根應(yīng)力集中；2)增大軸及支承的剛性，使輪齒接觸線上受載較為均勻；3）

采用合適的熱處理方法使齒芯材料具有足夠的韌性；4）采用噴丸、滾壓等工藝措施對齒根

表層進行強化處理。

2、齒面磨損

在齒輪傳動中，齒面隨著工作條件的不同會出現(xiàn)不同的磨損形式。例如當嚙合齒面間落入磨

料性物質(zhì)（如砂粒、鐵屑等）時，齒面即被逐漸磨損而至報廢。這種磨損稱為磨粒磨損。它

是開式齒輪傳動的主要形式之一。改用閉式齒輪傳動是避免齒面磨粒磨損最有效的方法。

3、齒面點蝕

點蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤滑良好的閉式齒輪傳動中，常見的齒面失效形式多為

點蝕。所謂點蝕就是齒面材料變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點狀損傷現(xiàn)象。

齒面上最初出現(xiàn)的點蝕僅為針尖大小的麻點，如工作條件未加改善，麻點就會逐漸擴大，甚

至數(shù)點連成一片，最后形成了明顯的齒面損傷。齒輪在嚙合過程中，齒面間的相對滑動起

著形成潤滑油膜的作用，而且相對滑動速度愈高，愈易在齒面間形成油膜，潤滑也就愈好.

當輪齒在靠近節(jié)線處嚙合時,由于相對滑動速度低，形成油膜的條件差，潤滑不良，摩擦力

較大,特別是直齒輪傳動，通常這時只有一對齒嚙合,輪齒受力也最大，因此，點蝕也就首先

出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根面上，然后再向其它部位擴展.從相對意義上說，也就是靠近節(jié)線處

的齒根面抵抗點蝕的能力最差（即接觸疲勞強度最低)。

提高齒輪材料的硬度，可以增強齒輪抗點蝕的能力.在嚙合的輪齒間加注潤滑油可以減小摩

擦，減緩點蝕，延長齒輪的工作壽命。并且在合理的限度內(nèi)，潤滑油的粘度越高，上述效果

也愈好。因為當齒面上出現(xiàn)疲勞裂紋后，潤滑油就會侵入裂紋，而且粘度愈低的油，愈易侵

入裂紋。潤滑油侵入裂紋后，在輪齒嚙合時，就有可能在裂紋內(nèi)受到擠脹，從而加快裂紋的

擴展,這是不利之處.所以對速度不高的齒輪傳動,以用粘度高一點的油來潤滑為宜；對速度較

高的齒輪傳動(如圓周速度v>12m/s）,要用噴油潤滑（同時還起散熱的作用），此時只宜用粘

度低的油.

開式齒輪傳動,由于齒面磨損較快,很少出現(xiàn)點蝕.

4、齒面膠合

對于高速重載的齒輪傳動（如航空發(fā)動機減速器的主傳動齒輪）,齒面間的壓力大，瞬間溫

度高，潤滑效果差，當瞬時溫度過高時，相嚙合的兩齒面就會發(fā)生粘在一起的現(xiàn)象，由于此

時兩齒面又在作相對滑動，相粘結(jié)的部位即被撕破，于是在齒面上沿相對滑動的方向形成傷

痕，稱為膠合。傳動時齒面瞬時溫度愈高、相對滑動速度愈大的地方，愈易發(fā)生膠合。

有些低速重載的重型齒輪傳動，由于齒面間的油膜遭到破壞，也會產(chǎn)生膠合失效。此時，齒

面的瞬時溫度并無明顯增高，故稱為冷膠合。加強潤滑措施，采用抗膠合能力強的潤滑油

（如硫化油）,在潤滑油中加入極壓添加劑等，均可防止或減輕齒面的膠合.

5、齒面塑性變形

塑性變形屬于輪齒永久變形一大類的失效形式,它是由于在過大的應(yīng)力作用下,輪齒材料處于

屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動所形成的。塑性變形一般發(fā)生在硬度低的齒輪上；但

在重載作用下，硬度高的齒輪上也會出現(xiàn)。塑性變形又分為滾壓塑變和錘擊塑變。滾壓塑

變是由于嚙合輪齒的相互滾壓與滑動而引起的材料塑性流動所形成的。由于材料的塑性流動

方向和齒面上所受的摩擦力方向一致，所以在主動輪的輪齒上沿相對滑動速度為零的節(jié)線處

被碾出溝槽,而在從動輪的輪齒上則在節(jié)線處被擠出脊棱。這種現(xiàn)象稱為滾壓塑變形。錘擊

塑變則是伴有過大的沖擊而產(chǎn)生的塑性變形，它的特征是在齒面上出現(xiàn)淺的溝槽，且溝槽的

取向與嚙合輪齒的接觸線相一致。提高輪齒齒面硬度,采用高粘度的或加有極壓添加劑的

潤滑油均有助于減緩或防止輪齒產(chǎn)生塑性變形。

齒輪傳動常用的潤滑劑

名稱牌號運動粘度υ/(mm/s)（40℃）應(yīng)用

全損耗系統(tǒng)用油

（GB443—89）L—AN46

L-AN68

L—AN10041.4～50.6

61。2～74.8

90。0～110.0適用于對潤滑油無特殊要求的錠子、軸承、齒輪和其它低負荷機械等

部件的潤滑

工業(yè)齒輪油

（SY1172—88)68

100

150

220

32061.2～74。8

90～110

135~165

198～242

288～352適用于工業(yè)設(shè)備齒輪的潤滑

工業(yè)閉式齒輪油

（GB/T5903—1995）68

100

150

220

320

46061。2～74。8

90~110

135～165

198～242

288～352

414～506適用于煤炭、水泥和冶金等工業(yè)部門的大型閉式齒輪傳動裝置的潤滑

普通開式齒輪油

(SY1232-85)68

100

150100℃

主要適用于開式齒輪、鏈條和鋼絲繩的潤滑

60~75

90～110

135～165

硫－磷型極壓工業(yè)

齒輪油120

150

200

250

300

35050℃

適用于經(jīng)常處于邊界潤滑的重載、高沖擊的直、斜齒輪和蝸輪裝置軋鋼機齒輪裝置

110～130

130~170

180～220

230～270

280～320

330~370

鈣鈉基潤滑脂

(ZBE86001-88）ZGN—2

ZGN—3適用于80～100℃，有水分或較潮濕的環(huán)境中工作的齒輪傳動，但

不適于低溫工作情況.

石墨鈣基潤滑脂

（ZBE36002-88）ZG—S適用起重機底盤的齒輪傳動、開式齒輪傳動、

需耐潮濕處。

注：①表中所列僅為齒輪油的一部分，必要時可參閱有關(guān)資料

圓柱齒輪的齒寬系數(shù)φd

表7圓柱齒輪的齒寬系數(shù)φd

裝置狀況兩支承相對小齒輪作對稱布置兩支承相對小齒輪作不對稱布

置小齒輪作懸臂布置

φd0。9～1。4（1.2~1.9）0.7～1。15(1.1～1。65)0.4～0。6

注：1)大、小齒輪皆為硬齒面時，φd取偏下限的數(shù)值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為軟齒面

時,φd取偏上限的數(shù)值；

2)括號內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪，此時b為人字齒輪的總寬度;

3）金屬切削機床的齒輪傳動，若傳遞的功率不大時，φd可小到0。2；

4）非金屬齒輪可取φd≈0。5～1。2。

齒輪齒面硬度組合舉例

齒輪齒面硬度組合舉例

齒面類型齒輪種類熱處理兩輪工作齒面硬度差工作齒面硬度舉

例備注

小齒輪大齒輪小齒輪大齒輪

軟齒面（≤350HBS）直齒調(diào)質(zhì)正火0〈(HBS1)min-(HBS2)max≤20～

25240～270HBS180～220HBS用于重載中低速固定式傳動裝置

調(diào)質(zhì)260～290HBS220~240HBS

調(diào)質(zhì)280～310HBS240~260HBS

調(diào)質(zhì)300～330HBS260～280HBS

斜齒及人字齒調(diào)質(zhì)正火（HBS1）min-（HBS2）max≥40～50240～

270HBS160～190HBS

正火260～290HBS180～210HBS

調(diào)質(zhì)270～300HBS200～230HBS

調(diào)質(zhì)300～330HBS230～260HBS

軟硬組合齒面（〉350HBS1,≤350HBS2)斜齒及人字齒表面淬火調(diào)質(zhì)齒

面硬度差很大40～50HRC200～230HBS用于沖擊及過載都不大的重載中低

速固定式傳動裝置

230~260HBS

滲碳淬火調(diào)質(zhì)56～62HRC270～300HBS

300～330HBS

硬齒面（>350HBS）直齒、斜齒及人字齒表面淬火表面淬火齒面硬度

差大致相同45～50HBS用在傳動尺寸受結(jié)構(gòu)條件限制的情形和運輸機上的傳動

裝置

滲碳淬火滲碳淬火56~62HRC

淬硬齒輪硬齒面刮削加工的關(guān)鍵技術(shù)

切削厚度：根據(jù)刮削余量確定。淬硬齒輪的單側(cè)齒面刮削余量一般為0。3～0。6mm。可一

次切除，但過大的切削用量將降低刀具的耐用度.推薦值見表,。刮削方式：機床蝸輪副存在

間隙時，采用順刮比逆刮要好，可消除間隙帶來的振動和誤差，減小崩刃。切削液硬齒面

刮削可采用干式切削。如果采用濕式切削，則所用切削油必須為低粘度切削油，因為硬齒面

刮削使用切削油的主要目的是冷卻而不是潤滑。若使用高粘度油,工件與滾刀就會發(fā)生讓刀

打滑,引起滾刀崩刃。用作冷卻劑的油在40℃時粘度應(yīng)在10～20cst。含鉬添加劑的低粘度油

比較適于硬齒面刮削。3結(jié)束語當今齒輪制造業(yè)對齒輪質(zhì)量及運動精度的要求越來越高，精

加工淬硬齒輪已顯得日益重要.硬齒面刮削在發(fā)達國家已得到廣泛應(yīng)用，我國也有不少單位

對這一工藝進行了比較深入的研究。近年來，隨著機床結(jié)構(gòu)的不斷改進,機床及工件夾具剛

性的提高,新的刀具材料的成功研制,特別是涂層技術(shù)的發(fā)展，硬齒面刮削的加工質(zhì)量及穩(wěn)定

性都日益提高，這一工藝已越來越受到眾多齒輪制造商的青睞.雖然目前消除齒輪熱處理變

形仍以磨齒加工為主要手段,但是,隨著硬齒面刮削技術(shù)的日漸成熟，這一工藝必將得到更加

廣泛的應(yīng)用。

齒輪（Gears)國際標準

漸開線圓柱齒輪（Gears）是機械傳動量大面廣的基礎(chǔ)零部件,廣泛在汽車(Automobile）、拖

拉機(TRACTORS)、機床、電力、冶金、礦山、工程、起重運輸、船舶、機車、農(nóng)機、輕工、

建工、建材和軍工等領(lǐng)域中應(yīng)用.齒輪（Gears）和齒輪(Gears)箱在國內(nèi)外都已以商品進行貿(mào)

易。齒輪（Gears）的質(zhì)量以工作可靠、壽命長、振動噪聲低為準則。除材料熱處理硬度因

素外，機械制造精度很為關(guān)鍵。據(jù)德國G尼曼、H溫特爾齒輪(Gears）專家資料介紹，制造

精度等級相差一級,其承載能力強度相差20~30％,噪聲相差2.5—3分貝,制造成本相差60～

80%。齒輪（Gears)的設(shè)計、工藝、制造、檢驗以及銷售和采購都以齒輪(Gears)精度標準為

重要的依據(jù)。

1國際齒輪（Gears）精度標準的發(fā)展

在本世紀四十年代，齒輪(Gears）精度標準有英國BS436—1940、美國齒輪（Gears)制造協(xié)

會AGMA231。02—1941、德國企業(yè)工程師協(xié)會ADS提案、蘇聯(lián)TOCT1643—46、法國NFE

23—006（1948）等，這期間齒輪（Gears)標準特點是，規(guī)定的精度等級較少(4～6個級），

從幾何學觀點規(guī)定齒輪(Gears）參數(shù)項目，按極其簡單的模式來確定各項公差值。

五十年代由于齒輪（Gears)制造技術(shù)、測量儀器和使用經(jīng)驗的積累，對齒輪(Gears)嚙合原理

及精度理論的研究，世界各國都進行了齒輪(Gears)精度標準的修訂，以德國DIN3960~3967

（1952—1957）和蘇聯(lián)TOCT1643—1956標準為代表，齒輪(Gears）精度等級和誤差項目增

多,規(guī)定了切向和徑向綜合誤差、建立了綜合誤差與單項誤差的關(guān)系，獨立規(guī)定側(cè)隙配合制

度，并根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因和各誤差對傳對性能的影響,提出了精度等級及誤差允許分類組

合的概念.這對評定精度、減少廢品、降低制造費用等極為有利。

七十年代國際貿(mào)易發(fā)展，齒輪（Gears）精度標準向國際間的統(tǒng)一，表現(xiàn)在誤差的符號、定

義和公差值的一致，1951年法國、蘇聯(lián)、英國、比利時和瑞士六國組成ISO/TC60/WG2（齒

輪（Gears)技術(shù)委員會第二工作組），負責制訂齒輪(Gears）精度ISO標準,法國為秘書國,經(jīng)

過十余年的磋商、討論和驗證，于1967年提出了ISO/DR1328《平行軸漸開線圓柱齒輪

（Gears)—ISO精度制》（推薦草案）。1970年3月20日在ISO/TC60的第六次全體會議上

以20票贊成,5票反對，5票保留討論通過了“標準草案”,WG2根據(jù)各國所提意見又進行部分

修改，最后于1975年通過為正式標準ISO1328—1975.此國際標準除了德國、美國、日本外

世界各國都以等同或等效采用ISO1329-1975標準修訂各自國家標準。同、由于工業(yè)先進國

家德國、美國、日本沒有采用ISO1328—1975標準，形成世界齒輪(Gears）精度標準事實上

不統(tǒng)一。

八十年代ISO/TC60/WG2（齒輪（Gears)技術(shù)委員會第二工作組)由德國、美國等國家參加對

ISO1328—1975標準進行修訂工作。ISO于1992年~1998年陸續(xù)正式頒布ISO

1328—1:1995,ISO1328—2:1997兩個標準，ISO/TR10064-1：1992，ISO/TR10064—2：1996，

ISO/TR10064—3:1996，ISO/TR10064—4：1998四個技術(shù)報告組成成套系統(tǒng)替代和廢除

ISO1328-1975標準。此ISO1328九十年代齒輪(Gears)精度標準體系的特點，是在

ISO1328—1975標準基礎(chǔ)上進一步發(fā)展而修訂,吸收了德國DIN美國AGMA標準成熟技術(shù)，

使標準更科學合理,從齒輪(Gears)傳動動態(tài)性能和承載能力出發(fā)，結(jié)合齒輪（Gears）制造規(guī)

律綜合在標準本文和技術(shù)報告中，一一明確.凡企業(yè)已認真貫徹ISO1328—1975標準，再熟

悉和掌握貫徹ISO1328九十年代標準,在相同精度等級的圓住齒輪(Gears）。可有提高傳動性

能和承載能力及降低制造成本的效果。

2我國圓柱齒輪(Gears）精度標準的狀況

我國1960年以前沒有圓柱齒輪（Gears)精度標準，直接應(yīng)用蘇聯(lián)TOCT1643—46標準,1958

年起原第一機械工業(yè)部組織力量著手研究，經(jīng)過分析、研究和驗證蘇聯(lián)TOCT1643—56標

準，制訂和頒布JB179-60《圓柱齒輪（Gears)傳動公差》機械工業(yè)部部標準。對當時機械

工業(yè)的發(fā)展起到積極推動作用,很快達到世界五十年代水平，在七十年代末國家機械工業(yè)改

革開放，要求迅速趕上世界齒輪（Gears)發(fā)展步伐，機械工業(yè)部領(lǐng)導下決心,直接以ISO

1328-1975國際基礎(chǔ)修訂JB179—60標準，以等效采用ISO1328-1975標準，頒布JB179—81

和JB179-83漸開線圓柱齒精度機械工業(yè)部部標準.大力進行宣貫，促進圓柱齒輪(Gears)精度

質(zhì)量明顯的提高。同時帶動國內(nèi)齒輪(Gears）機床、刀具和量儀的發(fā)展,于1998技術(shù)監(jiān)督局

頒布為GB10095-88漸開線圓柱齒輪（Gears)精度國家標準。我國在改革開放,發(fā)展經(jīng)濟的政

策指示下,。大量引進德國、日本等西方工業(yè)發(fā)達國家的工業(yè)機械產(chǎn)品，配件備需要國產(chǎn)化，

JB179—83和GB10095—88標準不相適應(yīng)，一方面鼓勵直接采用德國、日本和美國標準，

另一方面以宣貫行政文件形式進行補充。提出齒距偏差、齒距累計誤差、齒向誤差四個為必

檢項目評定齒輪（Gears)精度等級。宣貫中發(fā)現(xiàn)達到齒形誤差精度最難。其齒形的齒端部規(guī)

定不夠合理，齒形精度達到要求其齒距精度尚有一定的富余而不相協(xié)調(diào)。部分貫標先進企業(yè)

總結(jié)國內(nèi)外技術(shù)經(jīng)驗，采取積極的技術(shù)措施，生產(chǎn)出與世界水平相當?shù)凝X輪（Gears)產(chǎn)品。

以上這些與ISO1328九十年代標準相對照,在很多關(guān)鍵地方是不謀而合.當前我國在重大機

械裝備中所需漸開線齒輪（Gears)都可以國產(chǎn)化。

現(xiàn)行GB10095-88漸開線；圓住齒輪（Gears)精度國家標準是等效采用ISO1328—1975國際

標準的，現(xiàn)在國際上已將ISO1328—1975標準作廢由ISO1328九十年代成套標準代替.1997

年由國家技術(shù)監(jiān)督局下任務(wù)對GB10095—88標準進行修訂，經(jīng)過對ISO1328九十年代成套

標準翻譯、消化和征求各方面意見，絕大多數(shù)認為我國齒輪（Gears)產(chǎn)品應(yīng)與國際接軌，促

進國際和國內(nèi)齒輪(Gears）產(chǎn)品的貿(mào)易，發(fā)展齒輪（Gears)生產(chǎn)。修訂GB10095-88國家標

準應(yīng)等同采用ISO1328九十年代成套國際標準。

目前國家技術(shù)監(jiān)督局和國家機械工業(yè)局鼓勵要求技術(shù)進步迫切和有條件的齒輪(Gears)制造

企業(yè)，直接采用ISO1328九十年代國際標準作為企業(yè)標準生產(chǎn)齒輪(Gears)先行一步，深入、

充份發(fā)揮ISO1328九十年代國際標準作用，為本企業(yè)真正提高齒輪(Gears）性能質(zhì)量、降低

制造成本提高經(jīng)濟效益，走入國際市場.

3ISO1328九十年代成套國際標準與ISO1328-1975國際標準、GB10095-88國家標準的差別

4結(jié)束語

國際ISO/TC60齒輪(Gears）技術(shù)委員會修訂和ISO頒布了ISO6336—1:1996,ISO

6336—2:1996，ISO6336-3:1996，ISO6336-5：1996組成正齒輪（Gears）和斜齒輪(Gears)

承載能力計算國際標準，其標準中明確應(yīng)用齒輪(Gears）精度等級必須是ISO1328—1：1995

國際標準，二者是齒輪（Gears)設(shè)計和制造的配套國際標準。齒輪（Gears)產(chǎn)品是國際貿(mào)易

商品，保證齒輪（Gears）的性能質(zhì)量和可靠性，國際標準有一定的權(quán)威性.

ISO1328—1：1995等成套國際標準是成熟的最新標準。齒輪(Gears)產(chǎn)品新設(shè)計采用此標準

可以明顯提高齒輪(Gears）性能質(zhì)量，使國內(nèi)外用戶認可和歡迎，齒輪（Gears)產(chǎn)品老設(shè)計

改用新標準只要在制造圖樣上精度等級不變,期標題欄上相應(yīng)項目及公差適當修改和齒輪

（Gears)坯精度調(diào)整后就可以.這樣可明顯提高齒輪（Gears）性能,同時減少制造齒輪（Gears)

難度而節(jié)省制造成本，增加經(jīng)濟效益。

GB10095—88國家標準的修訂正在審批過程中，在沒有頒布前,根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委、計委、科

委、技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)文和國家技術(shù)監(jiān)督局令第35號的精神，引導和鼓勵有識企業(yè)直接應(yīng)

用ISO1328—1：1995等成套國際標準的原文和翻譯本進行設(shè)計和制造齒輪（Gears），這將

有助于齒輪（Gears)的質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高，促進機械工業(yè)齒輪(Gears）傳動產(chǎn)品迅速與

國際接軌和發(fā)展。

滲碳鋼選材和滲碳技術(shù)指標專家咨詢系統(tǒng)研究

張戈

【摘要】研制了熱處理CAD中滲碳鋼選材和滲碳技術(shù)指標專家咨詢系統(tǒng)，在用戶輸入一定

的零件信息后，能夠推理出滲碳材料和滲碳技術(shù)指標并生成、打印和保存說明書。探討了幾

個模塊，特別是用戶自定義設(shè)計模塊的設(shè)計方法及各模塊存在的不足，為子系統(tǒng)本身和熱處

理CAD系統(tǒng)的完善提供了思路。

關(guān)鍵詞熱處理CAD系統(tǒng)專家咨詢系統(tǒng)滲碳材料滲碳技術(shù)指標

ReachonCarburizingMaterialChoosing

andCarburizationTechnologicalTargetDesigningSystem

ZhangGe

（ThePublicLaboratoryoftheEducationMinistryofP.R。China

forHighTemperatureandHighTemperatureTests,ShanghaiJiaotongUniversity）

AbstractThispaperstudiescarburizingmaterialchoosingandcarburiztiontechnologicaltarget

rtainmaterial

informationisinput,reasonablecarburizingmaterialandcarburizationtechnologicaltargetare

inferred，andthecorrespondingfilesaremade,printedandsaved。Furthermore，thedesignmethod

anddisadvantagesofeachmodule,especiallyurlfdefinedesignmodule,arediscusd，which

suppliesadvimentforimprovingthesysteminthefuture.

KeywordsheattreatmentCADsystem,expertconsultingsystem,carburizatingmaterial，

carburizationtechnologicaltarget

熱處理是整個機械工業(yè)的重要環(huán)節(jié)之一，它直接影響到產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和使用性能.熱

處理零件的選材，工藝的制定和工藝控制是保證熱處理質(zhì)量的重要因素.以往這一部分的工

作完全由人工操作，不僅效率極低，而且由于選材、熱處理指標及工藝設(shè)計的盲目性和不合

理將影響零件的使用性能乃至整機性能.

國內(nèi)熱處理工藝設(shè)計(包括零件的選材）仍停留在手工作業(yè)階段，設(shè)計水平的高低取決

于設(shè)計人員的經(jīng)驗和水平。建立熱處理CAD系統(tǒng)之后,不僅可以使設(shè)計人員從大量重復性勞

動中解放出來，改變過去靠經(jīng)驗進行生產(chǎn)的狀況,變事后檢測分析為事前預(yù)測，定性處理為

定量處理，大大提高了我國的熱處理生產(chǎn)技術(shù)水平，同時提高了機械工業(yè)設(shè)計的整體水平。

與國外發(fā)達國家相比，我國開發(fā)應(yīng)用熱處理CAD軟件還有很大差距。為此我們進行了熱處

理CAD的開發(fā)。

滲碳鋼選材和滲碳技術(shù)專家咨詢系統(tǒng)

熱處理CAD系統(tǒng)由若干子系統(tǒng)組成，其中包括一個滲碳鋼選材和滲碳技術(shù)指標專家咨

詢系統(tǒng)，其目的是利用計算機選擇合理的滲碳材料和提出合理的滲碳技術(shù)指標(表面硬度、

心部硬度、表面碳濃度、滲層深度).合理的選擇滲碳材料不僅可以充分地發(fā)揮材料潛力,還可

以降低材料成本，提高經(jīng)濟效益。合理的滲碳技術(shù)指標不僅可以使材料達到最終的產(chǎn)品性能

要求，保證零件的使用壽命，還能降低熱處理生產(chǎn)成本。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)由幾個功能子模塊組成，包括典型滲碳零件技術(shù)指標查詢模塊、滲碳零件技術(shù)指標

模塊、滲碳零件技術(shù)指標用戶自定義模塊、滲碳零件技術(shù)指標調(diào)用模塊。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如

圖1所示。

圖1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

各功能子模塊實現(xiàn)目標如下:

1)典型滲碳零件技術(shù)指標查詢模塊

將典型的滲碳零件詳細分類,以樹型結(jié)構(gòu)表示出來,通過對零件的逐級查找,查找到某一

具體零件后，根據(jù)零件的特點,讓用戶選擇相應(yīng)的參數(shù),如常用滲碳零件齒輪,需選擇齒輪模數(shù)

大小，系統(tǒng)可得到此類齒輪的一般情況下所用材料和滲碳技術(shù)指標要求，并給出材料和滲碳

技術(shù)指標說明書，說明書可保存、打印。此系統(tǒng)內(nèi)容可以增加。

2)滲碳零件技術(shù)指標設(shè)計模塊

將滲碳零件分為齒輪、滾動件、活塞銷、凸輪副和其他零件。根據(jù)各類零件的滲碳部位

厚度、性能要求、工作條件和失效方式的選擇情況，調(diào)用相應(yīng)的推理機，得出材料和滲碳技

術(shù)指標，并且給出材料和滲碳技術(shù)指標的設(shè)計說明書,說明書可以修改、保存和打印。

3)滲碳零件技術(shù)指標用戶自定義模塊

有時用戶使用的零件不在可查找的零件范圍之內(nèi)，同時性能要求、工作條件和失效方式

可能也比較特殊,找不到相應(yīng)的推理機，也就無法得到滲碳材料和滲碳技術(shù)指標。為此，給

用戶開發(fā)一個設(shè)計平臺，這個平臺能實現(xiàn)如下功能：

a.用戶可按自己的方式將自用零件任意分類。

b。添入此零件自定義性能要求、工作條件和失效方式。

c。確定本次設(shè)計時所選用的零件性能要求、工作條件和失效方式。完成后，會彈出一

張空白的滲碳技術(shù)指標設(shè)計說明書，根據(jù)產(chǎn)品實際情況,輸入滲碳零件的鋼號和滲碳技術(shù)指

標，并保存。

d。用戶下一次再設(shè)計此零件技術(shù)指標時，如果選擇與上次相同的性能要求、工作條件

和失效方式,確認后，就會得到一張?zhí)顚懞玫臐B碳技術(shù)指標設(shè)計說明書，同時用戶可將滲碳

技術(shù)指標設(shè)計說明書修改并打印出來。如果需要重新選擇零件的性能要求、工作條件和失效

方式,確認后，就會得到一張空白的滲碳技術(shù)指標設(shè)計說明書,根據(jù)產(chǎn)品實際情況，輸入新的

滲碳零件的鋼號和滲碳技術(shù)指標，并可修改、保存、打印。

4）滲碳技術(shù)指標調(diào)用模塊

已完成的滲碳材料和滲碳技術(shù)指標設(shè)計說明書可通過零件圖號、設(shè)計人員名稱、零件名

稱、零件設(shè)計日期進行單一或復合查詢、調(diào)用，并可保存、打印.

系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)方法

1.典型滲碳技術(shù)指標查詢的實現(xiàn)方法

在此模塊中，知識庫用來存放各種典型滲碳零件在一般情況下所選材料和滲碳技術(shù)指

標。為了提高系統(tǒng)的處理速度并有利于知識的組織與管理。一般情況下采用將知識分為若干

層的子知識庫來組成的方法,但這種方法管理起來不很方便。為此，我們使用二維關(guān)系型數(shù)

據(jù)庫來描述這種層次關(guān)系的知識，使得知識的管理和填充很方便.

圖2表示以齒輪為例的知識層次關(guān)系.表1，2表示知識在二維數(shù)據(jù)庫中的存放方式示意

（篇幅有限，有些項未在表1，2中列出)。

圖2齒輪知識層次關(guān)系

知識庫中存放的內(nèi)容表現(xiàn)形式不盡相同，有些是具體的內(nèi)容，有些是系數(shù)，需要與外面

的輸入?yún)?shù)進行運算。如滲層深度一項，存入的就是系數(shù)，它與輸入的模數(shù)值相乘,得到最

后的滲層深度值.須指出的是，上面的項只是示意，實際項數(shù)比上面要多,如選材包括8項，

滲層深度等要包括上、下限。我們?yōu)槊恳粋€層次樹節(jié)點在數(shù)據(jù)庫中定義了唯一索引號，每當

選擇一個節(jié)點,就通過計算得到這個節(jié)點索引號，再從數(shù)據(jù)庫中檢索這個索引，就能顯示此

節(jié)點下面子節(jié)點內(nèi)容.如表1所示，如此節(jié)點再無子節(jié)點，就根據(jù)索引號調(diào)用數(shù)據(jù)庫(結(jié)構(gòu)如

表2所示)，可方便地查詢到所選滲碳零件的材料和滲碳技術(shù)指標。

表1知識在二維數(shù)據(jù)庫中的存放方式

父結(jié)點名稱子1結(jié)點名稱子2結(jié)點名稱子3結(jié)點名稱

其他滲碳零件

其他滲碳零件

……

齒輪

……

汽車齒輪

……其他滲碳零件

小五金

汽車齒輪

汽車變速箱齒輪

齒輪

液壓零件

……

動力機械零件

石油化工

拖拉機齒輪

汽車差速箱齒輪

表2知識在二維數(shù)據(jù)庫中的存放方式

零件名稱選材1…滲層深表面硬度…心部硬度

汽車差速箱齒輪20CrMnTi0。355832

2。滲碳技術(shù)指標設(shè)計實現(xiàn)方法

零件信息根據(jù)零件類型（現(xiàn)分為齒輪、滾動、活塞銷、凸輪副和其他零件5類）的不同，

各有不同，但基本包括：零件圖號,零件名稱，零件型號，零件規(guī)格,形狀,尺寸，性能要求(如

心部強度要求)，服役條件(如動載、靜載等)，失效方式（如摩擦、斷裂、疲勞等)。當零件

信息輸入以后，內(nèi)置的規(guī)則推理機將知識的前提條件和輸入的零件信息相匹配，得出一個比

較合理的滲碳材料和滲碳技術(shù)指標推薦值，滲碳零件技術(shù)指標設(shè)計工作原理圖如圖3所示，

推理方法如圖4所示。

圖3滲碳零件技術(shù)指標設(shè)計工作原理圖

圖4推理方法示意圖

3.滲碳零件技術(shù)指標用戶自定義設(shè)計方法

上面提到,有時用戶使用的零件不在可查找的零件范圍之內(nèi),同時性能要求、工作條件和

失效方式可能也比較特殊，找不到相應(yīng)的推理機，也就無法得到滲碳材料和滲碳技術(shù)指標。

為此,應(yīng)為用戶準備一個自行設(shè)計平臺，我們采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來實現(xiàn)這個平臺。其方法如下：

1）與典型滲碳零件技術(shù)指標查詢的方法相類似，我們用二維關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來描述一個

自定義零件樹形層次關(guān)系，但與查詢不同的是，這種關(guān)系開始是空白,完全交給用戶填寫，

授權(quán)用戶可以自行調(diào)整零件層次關(guān)系，可減少層次和增加層次。目前我們設(shè)定的最大層數(shù)為

4層，非授權(quán)用戶可瀏覽層次關(guān)系。為了實現(xiàn)這一目標，在程序中,我們設(shè)定用戶授權(quán)標記布

爾量，TRUE代表授權(quán)用戶，F(xiàn)ALSE代表非授權(quán)用戶。我們在數(shù)據(jù)庫字段中設(shè)置了一個布

爾變量字段，層次關(guān)系標記字段,TRUE代表樹形關(guān)系最后一層，F(xiàn)ALSE代表非最后一層,只

有樹形關(guān)系最后一層才提供平臺下一步的操作。

2)當你是授權(quán)用戶時，會彈出一個此零件自定義性能要求、工作條件和失效方式設(shè)定窗

口，下面為空白框，暫定為16個，每個空白框都可用鼠標點擊刪除,也可按“恢復”鍵恢復.

用戶確認了需填寫的空白框的數(shù)目以后，在框中添入性能要求、工作條件和失效方式等。

3)選擇目前此零件的性能要求、工作條件和失效方式，確認后可得到一個空白的滲碳技

術(shù)指標設(shè)計說明書。說明書上有零件圖號、零件名稱、零件型號、零件規(guī)格、有效厚度、推

薦鋼號、表面硬度、心部硬度、滲層深度、表面碳量等內(nèi)容，用戶可自行填寫。其他如性能

要求、工作條件和失效方式由前面選擇時得到。整個結(jié)果保存在庫中，可供其他用戶調(diào)用。

實現(xiàn)這一目標的難點在于如何保存零件設(shè)計時所填入的各種信息以及結(jié)果，以便其他用

戶有相同的性能要求、工作條件和失效方式時,能夠?qū)ζ湓O(shè)計提供幫助。為此，我們在數(shù)據(jù)

庫設(shè)定了兩張表,一張表上存入空白框狀態(tài)（被刪除還是保留)和填寫的性能要求、工作條件

等內(nèi)容;另一張表上存入所選的性能要求、工作條件和滲碳技術(shù)指標設(shè)計說明書的內(nèi)容，可

方便地實現(xiàn)上述功能。用戶自定義設(shè)計流程如圖5所示。

圖5用戶自定義設(shè)計流程圖

結(jié)語

此系統(tǒng)的研制對滲碳零件選材和滲碳技術(shù)指標的選擇提供了幫助,有些模塊已在企業(yè)使

用，不完善之處，需要在實際使用一段時間后加以豐富和改進。

齒輪

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.現(xiàn)

代齒輪技術(shù)已達到：齒輪模數(shù)O.004～100毫米；齒輪直徑由1毫米～150米；傳遞功率可

達十萬千瓦；轉(zhuǎn)速可達十萬轉(zhuǎn)/分；最高的圓周速度達300米/秒。

齒輪在傳動中的應(yīng)用很早就出現(xiàn)了。公元前三百多年,古希臘哲學家亞里士多德在《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。中國古代發(fā)明的指南車中已應(yīng)

用了整套的輪系。不過,古代的齒輪是用木料制造或用金屬鑄成的，只能傳遞軸間的回轉(zhuǎn)運

動,不能保證傳動的平穩(wěn)性，齒輪的承載能力也很小。

隨著生產(chǎn)的發(fā)展，齒輪運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到重視。1674年丹麥天文學家羅默首次提出用外

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)學家卡米發(fā)表了齒廓嚙合基本定律；1765年瑞士數(shù)學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)用最廣的齒輪。

1899年，拉舍最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年美國懷爾德哈伯最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。

齒輪的組成結(jié)構(gòu)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；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;基圓是形成漸開線的發(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。

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，漸開線齒輪占絕對多數(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。

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

用導熱性好的鋼齒輪.

未來齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向發(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?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。

齒輪加工

齒輪加工機床是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部的機床.齒輪加工機床的品

種規(guī)格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪的小型機床，加工十幾米直徑齒輪的大型機床，還有大

量生產(chǎn)用的高效機床和加工精密齒輪的高精度機床。

齒輪加工機床廣泛應(yīng)用在汽車、拖拉機、機床、工程機械、礦山機械、冶金機械、石油、儀

表、飛機和航天器等各種機械制造業(yè)中。

1953年出土的東漢人字齒輪

古代的齒輪是用手工修銼成形的.1540年,意大利的托里亞諾在制造鐘表時，制成一臺使用旋

轉(zhuǎn)銼刀的切齒裝置；1783年，法國的勒內(nèi)制成了使用銑刀的齒輪加工機床,并有切削齒條和

內(nèi)齒輪的附件；1820年前后,英國的懷特制造出第一臺既能加工圓柱齒輪又能加工圓錐齒輪

的機床。具有這一性能的機床到19世紀后半葉又有發(fā)展。

1835年，英國的惠特沃思獲得蝸輪滾齒機的專利；1858年，席勒取得圓柱齒輪滾齒機的專

利；以后經(jīng)多次改進，至1897年德國的普福特制成帶差動機構(gòu)的滾齒機,才圓滿解決了加工

斜齒輪的問題。在制成齒輪形插齒刀后，美國的費洛斯于1897年制成了插齒機.

二十世紀初，由于汽車工業(yè)的需要,各種磨齒機相繼問世.1930年左右在美國制成剃齒機；

1956年制成珩齒機.60年代以后，現(xiàn)代技術(shù)在一些先進的圓柱齒輪加工機床上獲得應(yīng)用,比如

在大型機床上采用數(shù)字顯示指示移動量和切齒深度；在滾齒機、插齒機和磨齒機上采用電子

伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)代替機械傳動鏈和交換齒輪;用設(shè)有故障診斷功能的可編程序控制器，

控制工作循環(huán)和變換切削參數(shù)；發(fā)展了數(shù)字控制非圓齒輪插齒機和適應(yīng)控制滾齒機;在滾齒

機上用電子傳感器檢測傳動鏈運動誤差,并自動反饋補償誤差等。

1884年，美國的比爾格拉姆發(fā)明了采用單刨刀按展成法加工的直齒錐齒輪刨齒機;1900年，

美國的比爾設(shè)計了雙刀盤銑削直齒錐齒輪的機床。

由于汽車工業(yè)的需要,1905年在美國制造出帶有兩把刨刀的直齒錐齒輪刨齒機，又于1913

年制成弧齒錐齒輪銑齒機；1923年,出現(xiàn)了準漸開線齒錐齒輪銑齒機;30年代研制成能把直齒

錐齒輪一次拉削成形的拉齒機,主要用于汽車差動齒輪的制造。

40年代，為適應(yīng)航空工業(yè)的需要，發(fā)展了弧齒錐齒輪磨齒機。1944年，瑞士厄利康公司制

成延長外擺線齒錐齒輪銑齒機；從50年代起，又發(fā)展了用雙刀體組合式端面銑刀盤，加工

延長外擺線齒錐齒輪的銑齒機。

插齒加工示意圖

齒輪加工機床主要分為圓柱齒輪加工機床和錐齒輪加工機床兩大類。圓柱齒輪加工機床主要

用于加工各種圓柱齒輪、齒條、蝸輪。常用的有滾齒機，插齒機、銑齒機、剃齒機等。

滾齒機是用滾刀按展成法粗、精加工直齒、斜齒、人字齒輪和蝸輪等,加工范圍廣，可達到

高精度或高生產(chǎn)率；插齒機是用插齒刀按展成法加工直齒、斜齒齒輪和其他齒形件，主要用

于加工多聯(lián)齒輪和內(nèi)齒輪；銑齒機是用成形銑刀按分度法加工，主要用于加工特殊齒形的儀

表齒輪；剃齒機是用齒輪式剃齒刀精加工齒輪的一種高效機床;磨齒機是用砂輪，精加工淬

硬圓柱齒輪或齒輪刀具齒面的高精度機床；珩齒機是利用珩輪與被加工齒輪的自由嚙合，消

除淬硬齒輪毛刺和其他齒面缺陷的機床；擠齒機是利用高硬度無切削刃的擠輪與工件的自由

嚙合，將齒面上的微小不平碾光，以提高精度和光潔程度的機床；齒輪倒角機是對內(nèi)外嚙合

的滑移齒輪的齒端部倒圓的機床，是生產(chǎn)齒輪變速箱和其他齒輪移換機構(gòu)不可缺少的加工設(shè)

備。圓柱齒輪加工機床還包括齒輪熱軋機和齒輪冷軋機等.

直齒錐齒輪傳動示意圖

錐齒加工機床主要用于加工直齒、斜齒、弧齒和延長外擺線齒等錐齒輪的齒部。

直齒錐齒輪刨齒機是以成對刨齒刀按展成法粗、精加工直齒錐齒輪的機床，有的機床還能刨

制斜齒錐齒輪,在中小批量生產(chǎn)中應(yīng)用最廣.

雙刀盤直齒錐齒輪銑齒機使用兩把刀齒交錯的銑刀盤，按展成法銑削同一齒槽中的左右兩齒

面,生產(chǎn)效率較高，適用于成批生產(chǎn)。由于銑刀盤與工件無齒長方向的相對運動,銑出的齒槽

底部呈圓弧形，加工模數(shù)和齒寬均受到限制。這種機床也可配以自動上下料裝置，實現(xiàn)單機

自動化.

直齒錐齒輪拉銑機是在一把大直徑的拉銑刀盤的一轉(zhuǎn)中，從實體輪坯上用成形法切出一個齒

槽的機床.它是錐齒輪切削加工機床中生產(chǎn)率最高的機床，由于刀具復雜，價格昂貴，而且

每種工件都需要專用刀盤，只適用于大批大量生產(chǎn)。機床一般都帶有自動上下料裝置。

弧齒錐齒輪銑齒機以弧齒錐齒輪銑刀盤，按展成法粗、精加工弧齒錐齒輪和準雙曲面齒輪的

機床，有精切機、粗切機和拉齒機等變型。

弧齒錐齒輪磨齒機是用于磨削淬硬的弧齒錐齒輪,以提高精度和光潔程度的機床,其結(jié)構(gòu)與弧

齒錐齒輪銑齒機相似，但以砂輪代替銑刀盤,并裝有砂輪修整器,也可磨削準雙曲面齒輪.

延長外擺線齒錐齒輪銑齒機是利用延長外擺線齒錐齒輪銑刀盤，或雙刀體組合式端面銑刀

盤，按展成法連續(xù)分度切齒的機床。切齒時，搖臺銑刀盤和工件均作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動，同時搖

臺作進給運動加工一個工件搖臺往復一次.銑刀盤和工件的連續(xù)旋轉(zhuǎn)使工件獲得一定齒數(shù)的

連續(xù)分度,并形成齒長曲線。搖臺的旋轉(zhuǎn)和工件的附加運動結(jié)合起來，產(chǎn)生展成運動，使工

件獲得齒形曲線。

準漸開線齒錐齒輪銑齒機用錐度滾刀，按展成法連續(xù)分度切齒的機床。切齒時，錐度滾刀首

先以大端切削，然后以它較小直徑的一端切削，為保證整個切削過程中切削速度一致，機床

靠無級變速裝置控制滾刀轉(zhuǎn)速在切齒時,搖臺、滾刀和工件均作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動，加工一個工

件，搖臺往復一次。搖臺和工件的旋轉(zhuǎn)通過差動機構(gòu)產(chǎn)生展成運動,使工件獲得沿齒長為等

高的齒形曲線。

錐齒輪加工機床的配套設(shè)備有磨削銑刀盤和拉刀盤刀刃的磨刀機，配研成對錐齒輪的研齒

機，檢驗成對錐齒輪嚙合接觸情況的錐齒輪滾動檢查機和防止齒部熱處理變形的淬火壓床

等。

齒輪的發(fā)明

據(jù)說無據(jù)可考，最早可能能追溯到亞歷十多德.

關(guān)于齒輪，據(jù)說在希臘時代就有了很多設(shè)想。希臘著名學者亞里土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。

在公元前100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小汽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。

15世紀的大藝術(shù)家達?芬奇發(fā)明了許多機械,也使用了齒輪。但這個時期的齒輪與銷輪一

樣，齒與齒之間不能很好地嚙合。這樣,只能加大齒與齒之間的空隙,而這種過大的間隙必然

會產(chǎn)生松馳的現(xiàn)象。

后來，為了使齒輪合適得精確，希望通過計算方法得到齒輪的形狀.因而，數(shù)學家們也

參加了齒輪研究工作。1674年，丹麥天文學家雷米爾發(fā)表了關(guān)于制造齒輪的基準曲線(擺線）

的論述。1766年，法國的數(shù)學家卡諾又發(fā)表了更詳細的論述。1767年，瑞士數(shù)學家歐拉對

漸開線原理發(fā)表了新的研究見解.1837年，英國的威列斯創(chuàng)造了制造漸開線齒輪的簡單方法。

這樣,在生產(chǎn)中漸開線齒輪取代了擺線齒輪，應(yīng)用日趨廣泛

如果準確地說出齒輪是誰發(fā)明的，確實很困難，但起碼中國最晚到了西漢,就已經(jīng)鑄造并使

用了鐵制的齒輪。漢高祖建立的西漢王朝是公元前202年至公元前195年，這比古蒂西比奧

斯還要早。河南鞏縣鐵生溝村和南陽曾發(fā)現(xiàn)規(guī)模巨大的西漢鐵官所屬的冶鐵作坊遺址。這兩

個遺址不光發(fā)現(xiàn)有煉爐、鐵礦石和鑄鐵用的陶范等大量的冶煉工具；還大量發(fā)現(xiàn)了當時的鑄

造產(chǎn)品，有鍤、鋤等農(nóng)具還有錘、鼎、盆、馬銜、矛頭等等，其中就有齒輪實物.這充分說

明早在距今兩千多年的漢代，人們就已經(jīng)生產(chǎn)和使用鐵制齒輪了。

不僅如此，在我國人工冶鐵業(yè)的真正產(chǎn)生在春秋早期，鑄造鐵制齒輪的真正時間恐怕要早于

漢代。

指南車的發(fā)明，標志著我國古代對齒輪系統(tǒng)的應(yīng)用在當時世界上居于遙遙領(lǐng)先的地位。實際

上它是現(xiàn)代車輛上離合器的先驅(qū).如果算上在人工鑄造的鐵齒輪以前就出現(xiàn)的,作為機械動力

傳輸?shù)哪君X輪，恐怕年代會更久遠。

齒輪傳動潤滑油知識介紹

齒輪傳動潤滑油知識介紹

齒輪傳動潤滑油簡稱齒輪油，它主要用來潤滑各種機械齒輪傳動裝置。齒輪油與內(nèi)燃機潤滑

油一樣，也由礦油型（或合成型）基礎(chǔ)油和相應(yīng)添加劑所組成.齒輪油可分為車輛齒輪油與

工業(yè)齒輪油兩大類。

齒輪油簡介

車輛齒輪油主要用于汽車、工程機械的變速裝置、轉(zhuǎn)向機、前后驅(qū)動橋的齒輪箱、萬向節(jié)滾

針軸承等機件，還可用于坦克、艦船等相應(yīng)負荷及工作條件的齒輪傳動部件上。工業(yè)齒輪油

主要用于各種負荷條件下的開式、半開式、閉式及蝸輪蝸桿傳動裝置。

一、齒輪油的工作條件及其作用：

各種機械傳動機構(gòu)中的齒輪，據(jù)其軸線相互位置關(guān)系的不同，可分為平行軸傳動、相交軸傳

動和交錯軸傳動.每類傳動中按齒輪和齒的形狀不同又有不同的傳動方式，如平行軸傳動的

直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、人字齒圓柱齒輪;相交軸傳動的有直齒錐齒輪、斜齒錐齒輪、

螺旋錐齒輪；交錯軸傳動的有雙曲線齒輪、蝸輪蝸桿、螺旋傳動。

l。齒輪傳動特點及齒輪油工作條件

（l）齒輪傳動效率高，一般圓柱齒輪傳動效率可達98％，與軸承相比，齒輪的當量曲線半

徑小，油楔條件差。

（2）齒輪傳動齒與齒間是線接觸,因此，接觸面積小,單位接觸壓力高。一般汽車齒輪單位接

觸壓力可達2000-3000MPa,而雙曲線齒輪更高，可達3000一4000MPa。

（3)齒輪傳動不僅有線接觸，還有滑動接觸，特別是雙曲線齒輪，輪齒間其有較高的相對滑

動速度,一般可達8m/o左右。這在高速大負荷條件下，會使油膜變薄甚至局部破裂，導致摩

擦與磨損加劇，甚至引起擦傷和咬合。

(4)齒輪油的工作溫度一般較內(nèi)燃機油低，在很大程度上隨環(huán)境溫度變化而變化,車輛齒輪油

油溫一般不高于100'C。現(xiàn)代轎車采用雙曲線齒輪，因其軸線偏置量較大,在車速高時會使齒

輪輪面問的相對滑動速度很高,使油溫達到160’C一180'C.

2。齒輪油在齒輪傳動中的作用

（J)降低齒輪及其它運動部件的磨損,延長齒輪壽命。

(2)降低摩擦，減少功率損失。

（3)分散熱量，起一定的冷卻作用。

（4)防止腐蝕和生銹。

（5）降低工作噪聲、減少振動及齒輪間的沖擊作用。

(6）沖洗污物,特別是沖去齒面間污物，減輕磨損。

二、齒輪油的性質(zhì)：

由于齒輪油的使用目的不同,使用條件差別也很大，對其使用性能有如下要求：

l.良好的油性及極壓抗磨性

油性是指齒輪油能有效地使?jié)櫥湍の接谶\動著的潤滑面之間，具有降低摩擦作用的性

質(zhì)。抗磨性是指油品保持于運動部件間的油膜，能有效防止金屬間直接相接觸的能力在齒輪

油中加入一些帶有極性分子的活性物質(zhì)可以提高其油

性，這些油性劑的極性端和金屬表面的氧化物會發(fā)生吸附作用,形成牢固的油性膜,油性劑的

極性端也可能與金屬表面的氧化物形成金屬皂型的潤滑膜,加強齒輪油的潤滑作用，防止齒

面直接接觸，降低摩擦，從而減小磨損。

有些齒輪傳動,經(jīng)常在苛刻的極壓潤滑條件下工作，其承受的壓力、滑動速度和局部溫度都

很高，這就要求在齒輪油中加入極壓添加劑。極壓添加劑一般是具有化學活性的硫磷型或硫

磷氯鋅型油溶性化合物，這些添加劑在高溫極壓條件下和齒面金屬形成鐵的氯、硫、磷化合

物或復合物，形成一種高熔點的無機膜，這種極壓膜具有耐極壓的性能，同時也有耐沖擊負

荷的作用，可以有效地防止在高負荷條件下的齒面擦傷及咬合。

2。良好的粘溫特性

各種潤滑油的粘度隨溫度升高而降低，下降的比例越小，則其粘溫性能越好。特別是汽車及

工程機械齒輪油工作溫度變化范圍很大，因此,希望齒輪油的粘度隨溫度的變化越小越好。

如齒輪油的粘溫特性不好，則啟動時粘度太大，不易啟動，而運轉(zhuǎn)達到溫度高限時粘度又太

小。

齒輪油的粘度也是重要的使用性能之一，粘度對油膜的形成影響很大。一般而言,高粘度齒

輪油可有效防止齒輪及軸承損傷,可減少機械運轉(zhuǎn)噪聲及減少漏油；低粘度油在提高機械運

轉(zhuǎn)效率加強冷卻及清洗作用和油的傳送方面具有優(yōu)點.

為了減少燃料消耗，國外推行了發(fā)動機油、齒輪油的低粘度化。低粘度齒輪油的優(yōu)點是齒輪

齒的攪拌阻力小，并且有較好的低溫流動性，在低溫條件下能確保潤滑。近年來國內(nèi)也生產(chǎn)

了一些低粘度的齒輪油,為了改普其潤滑性能而加入了一些多效添加劑，這對減少動力損失

是十分有利的。當然，在其體使用時，要加強對齒輪箱體的密封，以防止齒輪油漏損。

3.良好的低溫流動性

車輛齒輪油要求在低溫下也能保持必要的流動性，如果齒輪油在低溫條件下有蠟析出,粘度

急劇上升，就不能確保有效的潤滑，低溫啟動扭矩增大，使得燃料消耗增多。

試驗表明，齒輪油的低溫表觀粘度，對車輛起步時潤滑可靠性有重要影響。車輛起步后，后

橋(前橋)齒輪油被激濺到橋殼上部后流入主動錐齒輪前軸承,若這段時問太長，軸承便有可能

因缺油而被燒壞。所以，要求車輛齒輪油使用時低溫表觀粘度不大于1.5X100000mPa.s。車

輛齒輪油規(guī)格中標出了表觀粘度為1。5X100000mpa。s時的溫度，它決定了齒輪油適用的

最低氣溫，是選用齒輪油的重要依據(jù)之一.為使齒輪油能夠適應(yīng)冬季低溫條件下的使用要求，

齒輪油中要加入傾點降低劑,以改善其低溫流動性。

4。良好的熱氧化安定性

齒輪油在苛刻的工作條件下,在空氣、水分和金屬催化作用下，氧化速度加快，粘度增大，

產(chǎn)生不溶物及腐蝕性物質(zhì)以及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，性質(zhì)劣化并易乳化及產(chǎn)生泡沫，使換油周期縮

短。為延緩齒輪油的氧化,一般在油中加入酚型、胺型或硫化型抗氧化添加劑.

5.良好的防銹防腐蝕性

防銹性是指齒輪油保護齒輪不受銹蝕,從而保證齒輪的使用性能和延長使用壽命。齒輪在運

轉(zhuǎn)過程中，空氣中的水分在齒輪箱中凝結(jié)成水,因此要求齒輪油應(yīng)具有良好的防銹性。為了

提高齒輪油的防銹性，一般加有磺酸鹽或脂肪酸鹽等防銹添加劑。加有極壓添加劑的齒輪油，

因極壓添加劑中含有硫化物，硫?qū)︺~極易產(chǎn)生腐蝕，因此，在齒輪油中要加入防腐蝕添加劑，

它能在金屬表面形成保護膜,防止腐蝕性物質(zhì)侵蝕金屬。

6。良好的抗泡性

齒輪油要求具有良好的抗泡性，以保證在操作條件下，在齒輪劇烈的攪拌過程中產(chǎn)生的泡沫

少并易于消失。

齒輪傳動的一般知識

齒輪的作用齒輪是一種傳動零件,被廣泛地應(yīng)用于各類機器和部件的傳動中。在機器或

部件中，利用齒輪把一條軸的旋轉(zhuǎn)運動傳遞到另一條軸上去，同時改變轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向,使

機器或部件進行工作。

傘齒輪（BEVELGEARS）/斜齒輪（HELICALGEARS）/圓柱齒輪（SPURGEARS)/螺旋傘

齒輪(SPIRALBEVELGEARS)/蝸輪蝸杠(WORM&WORMWHEELS)/減速機（SPEED

REDUCERS）/齒輪箱（GEARBOXES）等

常用齒輪傳動形式

圓柱齒輪傳動--用于平行兩軸之間的傳動。

圓錐齒輪傳動-—用于相交兩軸之間的傳動。

蝸輪和蝸桿-—用于交叉兩軸之間的傳動.

直齒圓柱齒輪的畫法

在GB4459.2一84中規(guī)定了齒輪的畫法。現(xiàn)介紹如下：

單個齒輪的畫法

應(yīng)注意齒輪輪齒部分并不是按真實形狀投影畫出；而是用簡單的規(guī)定畫法來表示。

(點擊這里顯示全圖)

單個圓柱齒輪一般用二個視圖表達，規(guī)定畫法中規(guī)定齒頂圓和齒頂線用粗實線繪制，分

度圓和分度線用點劃線繪制，齒根圓和齒根線用細實線繪制（也可省略不畫）；

在剖視圖中，當剖切平面通過齒輪的軸線時,輪齒部分一律按不剖處理，此時齒根線則要

用粗實線來繪制，齒輪的其他部分仍按照實際形狀投影繪制.

當需要表示斜齒或人字齒的齒線時，可用三條與齒線方向一致的細實線表示其形狀。

嚙合畫法

Image49。gif

在平行于直齒圓柱齒輪軸線的投影面上的視圖中，如（a）所示，嚙合區(qū)的齒頂線不需畫

出，節(jié)線用粗實線繪制.其他處的節(jié)線仍用點劃線繪制.

在垂直于直齒圓柱齒輪軸線的投影面上的視圖中，嚙合區(qū)內(nèi)的齒頂圓可以均用粗實線繪

制，如（b)所示,也可省略不畫如（c）所示。

當需要表示齒線的形狀時，同樣可用三條與齒線方向一致的細實線來表示。

在剖視圖中,當剖切平面通這兩嚙合齒輪的軸線時，在嚙合區(qū)內(nèi)將一個齒輪（一般指主動

齒輪)的輪齒用粗實線繪制;另一齒輪的被遮部分用虛線繪制,也可省略不畫.應(yīng)注意:齒根高與

齒頂高相差0。25mm,因此兩齒輪的根線與頂線之間應(yīng)有0.25mm間隙.

直齒圓柱齒輪的工作圖

在齒輪工作圖中，除具有一般零件工作圖的內(nèi)容外,齒頂圓直徑、分度圓直徑必須直接注

出，齒根圓直徑規(guī)定不注；并在圖樣右上角畫出參數(shù)表，應(yīng)注寫清楚齒輪模數(shù)、齒數(shù)、齒形

角等基本參數(shù)(參數(shù)表中列出的參數(shù)項目可根據(jù)需要增減,檢驗項目按功能要求而定）。

圓柱齒輪傳動的精度設(shè)計

一、傳動齒輪的使用要求

齒輪是機器和儀器的重要零件，齒輪的精度在一定程度上影響著整臺機器或儀器的質(zhì)量。由

于齒形比較復雜，參數(shù)比較多，所以齒輪精度的評定比較復雜。

現(xiàn)代工業(yè)對齒輪傳動提出的要求，歸納起來有下列四項：

1、要求一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)傳動比的變化盡量小，以保證傳遞運動準確。(運動準確)

2、要求瞬時傳動比的變化盡量小，以保證傳動平穩(wěn)，沖擊及振動小，噪聲低。(工作平穩(wěn)）

3、要求在受載下工作齒面能夠良好接觸，以保證足夠的承載能力和使用壽命.（接觸精度)

4、要求齒輪副有適當?shù)凝X側(cè)間隙（嚙合輪齒的非工作面間的間隙，以補償熱變形和貯存潤

滑油。）

不同用途和不同工作條件的齒輪及齒輪付對上述四項要求的側(cè)重點是不同的。例如，控制系

統(tǒng)或隨動系統(tǒng)的分度傳動的側(cè)重點是運動精度，以保證主、從動齒輪的運動協(xié)調(diào).汽車和拖

拉機變速齒輪傳動的側(cè)重點是工作平穩(wěn)性，以降低噪聲。低速重載齒輪傳動(如軋鋼機的齒

輪傳動)的側(cè)重點是齒面接觸精度，以保證齒面接觸良好。而渦輪機中的高速重械齒輪傳動

對三頂精度的要求都很高,而且要求很大的齒側(cè)間隙，以保證較大流量的潤滑油通過。

二、齒輪誤差的評定指標

為了驗收齒輪，對直齒圓柱齒輪建立了下列評定指標：

1、運動精度的評定指標

（1）切向綜合誤差ΔFiˊ

定義：被測齒輪與理想精確的測量齒輪單面嚙合轉(zhuǎn)動時相對于測量齒輪的轉(zhuǎn)角，在被測齒輪

一轉(zhuǎn)內(nèi)被測齒輪實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角的最大差值.

它是一個綜合性指標。

（2)周節(jié)累積誤差ΔFp，K個周節(jié)累積誤差ΔFpk。

定義：在被測齒輪的分度圓上,任意兩個同側(cè)齒面間的實際弧長與公稱弧長的最大差值。

是一個綜合性指標。

(3)齒圈徑向跳動ΔFr與公法線長度變動ΔFw

A、齒圈徑向跳動ΔFr

定義:在齒輪一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，測頭在齒槽內(nèi)或輪齒上,于齒高中部雙面接觸，測頭相對于齒輪軸

線的最大變動量。

是一個單向性指標。(徑向方向）

B、公法線長度變動ΔFw

定義：在齒輪一周范圍內(nèi)，實際公法線長度最大值與最小值之差。

是一個切向性質(zhì)的單向性指標。

（4）徑向綜合誤差ΔFi″

徑向綜合誤差ΔFi″：被測齒輪與理想精確的測量齒輪雙面嚙合轉(zhuǎn)動時，在被測齒輪一轉(zhuǎn)內(nèi)，

雙嚙中心距的最大變動量.

它是一個徑向性質(zhì)的單項性指標。

綜上所述：對于齒輪,影響傳遞運動準確性的誤差可用一個綜合性的指標或兩個單項性指標

不評定.徑向性質(zhì)，切向性質(zhì)指標各取一個才能全面反映各性質(zhì)加工因素對運動精度影響。

2、工作平穩(wěn)性的評定指標

(1)切向一齒綜合誤差Δfiˊ

定義：在切向綜合誤差記錄曲線上，小波紋的最大幅度值。

它是一個綜合性指標.

（2）徑向一齒綜合誤差Δfi″

定義：徑向綜合誤差記錄曲線上小波紋的最大幅度值。

在成批生產(chǎn)中,Δfi″為Δfiˊ的代用指標（也為綜合性指標)。

(3)齒形誤差Δff與基節(jié)偏差Δfpb

A、齒形誤差Δff：在齒端面上，齒形工作部分內(nèi)，齒頂?shù)估獠糠殖獍ò輰嶋H齒形的

兩條最近的設(shè)計齒形間的法向距離.

是一個單向性的指標。

B、基節(jié)偏差Δfpb:被測齒輪的實際基節(jié)與公稱基節(jié)之差。

是一個單向性指標。

(4)齒形誤差Δff與周節(jié)偏差Δfpt

周節(jié)偏差Δfpt：分度圓上,實際周節(jié)與公稱周節(jié)之差。

是一個單向性指標。

（5)周節(jié)偏差Δfpt與基節(jié)偏差Δfpb

綜上所述：Δfiˊ是評定齒輪工作平穩(wěn)性的綜合指標.對于直齒輪Δfiˊ是由基節(jié)偏差和齒形誤

差引起的。當用單項性指標評定直齒輪的精度時,不論對于哪種切齒方法，原則上均可采用

Δff與Δfpb這組指標;對于仿形法磨齒或范成法單齒分度磨齒Δff與Δfpt有關(guān),這時可采用這

組指標；對于直徑較大的或低于7級精度的齒輪，因漸開線檢查儀的測量范圍有限，價格較

貴，故應(yīng)選用Δfpt與Δfpb這組指標。

3、接觸精度的評定指標

齒輪工作時,兩齒面接觸良好，才能保證齒面上載荷分布均勻。在齒高方向上，齒形誤差會

影響兩齒面的接觸；在齒寬方向上,齒向誤差會影響兩齒面的接觸。

齒向誤差是在加工齒輪時,刀具進給方向與齒輪基準軸線方向不平行造成的.如刀架導軌沿齒

坯徑向和切向的傾斜、齒坯定位端面對基準軸線的跳動等。此外,機床傳動鏈的調(diào)整誤差也

是產(chǎn)生齒向誤差的主要原因.

齒面接觸精度的評定指標有：

①齒向誤差(△Fβ）

在分度圓柱面上，齒寬有效部分范圍內(nèi)(端部倒角部分除外），包容實際齒線且距離為最小的

兩條設(shè)計齒向線之間的端面距離為齒向誤差。

齒向線是齒面和分度圓柱面的交線。通常直齒輪的齒向線為直線,斜齒輪的齒向線是螺旋線。

設(shè)計齒向線可以是修正的,如對高速重載齒輪，為補償輪齒在受載下的變形量，提高輪齒的

承載能力，設(shè)計時就常修正成鼓形齒或?qū)⑤嘄X的兩端修緣。

齒向誤差允許在齒高中部測量,一般用專門的齒向檢查儀進行測量.

②接觸線誤差（△Fb）

一對斜齒輪嚙合時，在嚙合平面內(nèi)應(yīng)是沿一條直線接觸的，這就是接觸線。接觸線誤差也見

就是在基圓柱的切平面內(nèi)，平行于公稱接觸線并包容實際接觸線的兩條直線間的法向距離。

它影響齒面接觸斑點的大小。接觸線誤差全面反映了齒形誤差和齒向誤差,是評定斜齒輪載

荷分布均勻性的一項主要指標。

③軸向齒距偏差(△FPX)

對寬斜齒輪，在與齒輪基準軸線平行而大約通過齒高中部的一條直線上，任意兩個同側(cè)齒面

間的實際距離與公稱距離之差稱為軸向齒距偏差△FPX。該偏差沿齒面法線方向計值，它直

接影響寬斜齒輪接觸斑點的大小。

4、側(cè)隙的評定指標

為使齒輪嚙合時有一定的側(cè)隙，應(yīng)將箱體中心距加大或?qū)⑤嘄X減薄。考慮到箱體加工與齒輪

加工的特點，宜采用減薄齒厚的方法獲得齒側(cè)間隙（即基中心距制）。齒厚減薄量是通過調(diào)

整刀具與毛坯的徑向位置而獲得的，其誤差將影響側(cè)隙的大小。此外，幾何偏心和運動偏心

也會引起齒厚不均勻，使齒輪工作時的側(cè)隙也不均勻。

為控制齒厚減薄量,以獲得必要的側(cè)隙，可以采用下列評定指標：

①齒厚偏差(△ES)

齒厚偏差是指在齒輪分度圓柱面上，齒厚的實際值與公稱值之差（如圖3－62)。對于斜齒

輪，指法向齒厚。

為了保證一定的齒側(cè)間隙，齒厚的上偏差(ESS），下偏差(ESi）一般都為負值。

齒厚偏差可用齒輪游標卡尺在齒高的中部測量(如圖3－63)以齒頂圓作為測量基準，在離齒

頂為弦齒高處，測分度圓上的弦齒厚。

②公法線平均長度偏差（△EWm)

公法線平均長度偏差△EW是指在齒輪一周內(nèi),公法線長度平均值與公稱值之差。即

△EWm=(W1+W2+…+W3)/z—W公稱

式中z——齒輪齒數(shù)

公法線的平均長度是因為運動誤差切向分量使齒輪一周內(nèi)的公法線長度有變動，為消除運動

誤差的影響，故取其平均值。齒輪因齒厚減薄使公法線長度也相應(yīng)減小，所以可用公法線平

均長度偏差作為反映側(cè)隙的一項指標。通常是通過跨一定齒數(shù)測量公法線長度來檢查齒厚偏

差的.

一、齒輪傳動的特點

1）效率高在常用的機械傳動中，以齒輪傳動效率為最高,閉式傳動效率為96％～99%，

這對大功率傳動有很大的經(jīng)濟意義。

2）結(jié)構(gòu)緊湊比帶、鏈傳動所需的空間尺寸小。

4)傳動比穩(wěn)定傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用,正是

由于其具有這一特點。

3)工作可靠、壽命長設(shè)計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動,工作十分可靠,壽命

可長達一二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的.這對車輛及在礦井內(nèi)工作的機器尤為

重要。

但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高,價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。

二、齒輪傳動的類型

齒輪傳動就裝置形式分:

1）開式、半開式傳動在農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設(shè)備中,有一些齒輪傳動

沒有防塵罩或機殼,齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易

侵入,而且潤滑不良，因此工作條件不好,輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動.齒輪傳動裝

有簡單的防護罩，有時還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它工作條件

雖有改善,但仍不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。

2)閉式傳動而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而

且封閉嚴密的箱體(機匣)的，這稱為閉式齒輪傳動（齒輪箱）。它與開式或半開式的相比，

潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。

按齒面硬度分：

1）軟齒面齒輪輪齒工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC；

2）硬齒面齒輪輪齒工作面的硬度大于350HBS或38HRC。

如何減少齒輪傳動噪聲？

1、提高齒輪精度，最直接。

2、加大阻尼，選用粘度大的潤滑油。

3、調(diào)整間隙。

4、研磨齒輪，提高嚙合精度。