齒輪的失效形式

齒輪的失效形式第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日7齒輪的構(gòu)造8齒輪傳動的潤滑和效率6直齒圓柱齒輪傳動的輪齒彎曲強度計算5直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日本節(jié)要求掌握齒輪的失效形式、形成的機理及措施。4-5漸開線齒輪失效形式第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日齒輪傳動過程中，若齒輪發(fā)生折斷、齒面損壞等現(xiàn)象，則齒輪失去了正常的工作能力，稱為失效。什么叫失效？第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日

齒輪輪齒的失效形式輪齒的失效形式多種多樣，較為常見的有輪齒折斷、齒面點蝕、磨損、膠合和塑性變形等等。齒輪傳動閉式傳動開式傳動半開式傳動—封閉在箱體內(nèi)，潤滑條件好—外露，潤滑較差，易磨損—介于上兩者之間,有防護罩第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日1、輪齒折斷★疲勞折斷★過載折斷全齒折斷—常發(fā)生于齒寬較小的直齒輪局部折斷—常發(fā)生于齒寬較大的直齒輪，和斜齒輪措施：增大齒根圓角半徑、提高齒面精度、增大模數(shù)等第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、齒面點蝕★點蝕常發(fā)生于閉式軟齒面（HBS≤350）傳動中★點蝕的形成與潤滑油的存在密切相關(guān)★點蝕常發(fā)生于偏向齒根的節(jié)線附近★開式傳動中一般不會出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象措施：提高齒面硬度和齒面質(zhì)量第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日3、齒面膠合配對齒輪采用異種金屬時，其抗膠合能力比同種金屬強措施：采用異種金屬、降低齒高、提高齒面硬度等第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日4、齒面磨損是開式傳動的主要失效形式措施：改善潤滑和密封條件第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日5、齒面塑性變形措施：提高齒面硬度，采用油性好的潤滑油第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、齒輪材料2齒輪材料及熱處理二、熱處理第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、齒輪材料金屬材料45號鋼中碳合金鋼鑄鋼低碳合金鋼最常用，經(jīng)濟、貨源充足鑄鐵35SiMn、40MnB、40Cr等20Cr、20CrMnTi等ZG310-570、ZG340-640等HT350、QT600-3等非金屬材料尼龍、夾木膠布等選材時考慮：工作條件、載荷性質(zhì)、經(jīng)濟性、制造方法等齒輪毛坯鍛造—選可鍛材料；鑄造—選可鑄材料第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、熱處理調(diào)質(zhì)正火表面淬火滲碳淬火滲氮軟齒面。改善機械性能，增大強度和韌性硬齒面。接觸強度高、耐磨性好、可抗沖擊配對齒輪均采用軟齒面時：小齒輪受載次數(shù)多，故材料應(yīng)選好些，熱處理硬度稍高于大齒輪（約30~40HBS）齒面硬度HBS≤350齒面硬度HBS350第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日§11—3齒輪傳動的精度誤差對齒輪傳動的影響：1、影響傳遞運動的準(zhǔn)確性2、影響傳動的平穩(wěn)性3、影響載荷分布的均勻性精度等級：13個精度等級。第0級最高，第12級的最低。齒輪副中兩個齒輪的精度等級一般取成相同P162表11—2列出了精度等級的薦用范圍，設(shè)計時可參考。第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日直齒圓柱齒輪傳動的作用力

及計算載荷一、齒輪上的作用力二、計算載荷第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日一、齒輪上的作用力在驅(qū)動力矩作用下，主動輪齒沿嚙合線受到來自從動輪齒的法向力作用。由于直齒圓柱齒輪法面與端面重合，因此，作用在端面內(nèi)，可分解成圓周力和徑向力。==第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日②各力的方向：=①各力關(guān)系：作用在主動輪和從動輪上的對應(yīng)力等值反向，即各作用力方向判斷Ft1與主動輪回轉(zhuǎn)方向相反Ft2與從動輪回轉(zhuǎn)方向相同F(xiàn)r1、Fr2分別指向各自齒輪的輪心21例：n2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2注意：各力應(yīng)畫在嚙合點上！第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、計算載荷名義載荷：機器銘牌上給定的載荷或經(jīng)受力分析得到的載荷。如等。計算載荷：實際計算時，為盡可能接近實際情況，需要計入影響受力效果的各種因素（制造、安裝誤差，輪齒、軸和軸承受載后的變形，原動機與工作機的不同性能，傳動中工作載荷與工作速度的變化等），以系數(shù)的形式對名義載荷進行修正。名義載荷的修正值稱為計算載荷。如等。計算齒輪強度時，名義載荷Fn通常用計算載荷KFn代替，以考慮載荷集中和附加動載荷的影響。K為載荷系數(shù)。其值由P164表11—3查取。第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日5直齒圓柱齒輪傳動的

齒面接觸強度計算齒輪強度計算的主要目的是避免失效。閉式齒輪傳動的主要失效形式是齒面點蝕和齒根彎曲疲勞折斷。開式齒輪傳動的主要失效形式是齒面磨損和齒根彎曲疲勞折斷。第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日當(dāng)零件在受載時是高副接觸，受載后由于變形，其接觸處為一小面積，通常該面積很小，而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。齒面疲勞點蝕與齒面的接觸應(yīng)力的大小有關(guān)，根據(jù)赫茲公式可計算齒面的最大接觸應(yīng)力：負號用于內(nèi)接觸工作時的接觸應(yīng)力第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日齒根部分靠近節(jié)線處最易發(fā)生點蝕，所以取節(jié)點處的接觸應(yīng)力為計算依據(jù)，節(jié)點處的齒廓曲率半徑是：第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日由于節(jié)點處只有一對齒嚙合，所以載荷由一對齒承擔(dān)：第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日其中K為載荷系數(shù)；載荷系數(shù)根據(jù)原動機的類型及工作機械的載荷特性確定，見表11-3335是兩個齒輪的材料均為鋼時的結(jié)果。許用接觸應(yīng)力齒面接觸強度條件：第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日一對齒輪，當(dāng)材料、傳動比及齒寬系數(shù)一定時，齒輪的中心距和直徑由齒面接觸強度決定，而模數(shù)的大小與接觸強度無關(guān)。齒面接觸強度的設(shè)計公式：第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日齒寬系數(shù)ψa越大，則中心距越小，若結(jié)構(gòu)的剛性不夠，齒輪制造、安裝不準(zhǔn)確，則齒寬過大容易發(fā)生載荷集中現(xiàn)象，使輪齒折斷。輕型減速機取ψa=0.2~0.4；中型減速機取ψa=0.4~0.6；重型減速機取ψa=0.8。Ψa>0.4時，通常采用斜齒或人字齒。第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日若配對的齒輪材料不都是鋼，則計算中系數(shù)應(yīng)改為乘以：若配對齒輪材料為鋼對鑄鐵，公式中系數(shù)改為285若配對齒輪材料為鑄鐵對鑄鐵，公式中系數(shù)改為250第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日許用接觸應(yīng)力[σH]的計算：式中，σHlim是齒輪的接觸疲勞極限，由圖11-7查??；SH為齒面接觸疲勞安全系數(shù)，按表11-4查取。第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日6直齒圓柱齒輪傳動的

輪齒彎曲強度計算根據(jù)載荷由一對輪齒承擔(dān)，當(dāng)載荷作用于齒頂時，齒根所受到的彎曲力矩最大。計算時將輪齒看作為懸臂梁，危險截面用30o切線法確定。Fn第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日作與輪齒對稱中心線成30o夾角并與齒根圓角相切的斜線，而認為兩切點連線是危險截面。危險截面處的齒厚為SF。第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日法向力Fn分解為與輪齒圓周方向相一致的F1和與徑向方向相一致的徑向力F2。彎矩：M=

F1·hF危險截面的彎曲截面系數(shù)：W=b·sF2/6（矩形截面）=KFn

hF

cosαF危險截面的彎曲應(yīng)力為：第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日齒輪彎曲強度驗算公式：其中，YF為齒形系數(shù)，它與齒形中的尺寸比例有關(guān)，與模數(shù)無關(guān)，對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪僅決定于齒數(shù)。正常齒制標(biāo)準(zhǔn)齒輪YF見圖11—9。因為YF1和YF2不同，[F1]和[F2]也不同，驗算時應(yīng)分別驗算兩個齒輪的彎曲強度。第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日輪齒彎曲強度設(shè)計公式：計算中，代入YF1/[σF1]和YF2/[σF2]中比值較大值。計算后的模數(shù)應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值。第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日彎曲許用應(yīng)力計算式：其中σFlim是齒輪的齒根彎曲疲勞極限，由圖11-10查取；當(dāng)輪齒為雙側(cè)工作的齒輪時，將數(shù)據(jù)乘以0.7；SF為輪齒彎曲疲勞安全系數(shù)，由表11-4查取第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日軟齒面閉式齒輪傳動先按齒面接觸強度確定傳動尺寸，然后驗算輪齒彎曲強度；硬齒面閉式齒輪傳動，先按輪齒彎曲強度進行設(shè)計計算，然后驗算齒面接觸強度；開式齒輪傳動，按閉式齒輪傳動的強度公式進行計算，許用彎曲應(yīng)力應(yīng)乘以0.7~0.8；齒輪傳動設(shè)計時，首先按主要失效形式進行強度計算，確定其主要尺寸，然后對其他失效形式進行必要的校核。第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日例題閉式直齒圓柱齒輪傳動，電動機驅(qū)動，單向轉(zhuǎn)動，載荷有中等沖擊。傳動比i=3.7，高速軸轉(zhuǎn)速n1=745r/min，傳動功率P=17kW，確定該傳動齒輪。1.選擇材料并確定許用應(yīng)力小齒輪用40MnB調(diào)質(zhì)處理，HB260(1)大齒輪用ZG35SiMn調(diào)質(zhì)處理，HB225(2)第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日查得σHlim1=700N/mm2，σHlim2=540N/mm2，SH=1.1(3)，σFlim1=240N/mm2，σFlim2=180N/mm2，SF=1.3（4）第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日2.按齒面接觸強度設(shè)計設(shè)齒輪按8級精度制造，載荷系數(shù)取K=1.5，齒寬系數(shù)ψa=0.4(5)第三十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日取z1=32，z2=iz1=3.7×32≈118(6)模數(shù)m=2a/（z1+z2）=2×220.2/（32+118）=2.94，取m=3mm。中心距a=m（z1+z2）/2=3×（32+118）/2=225mm(7)第四十頁，共四十四頁，2022年，8月28日齒寬b=ψa