齒輪傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算載荷

1、齒輪傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算載荷111 齒輪的失效形式 112 齒輪材料及熱處理 本章要求 113 齒輪傳動(dòng)精度 114 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力 及計(jì)算載荷 119 齒輪的構(gòu)造1110 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑和效率116 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的 輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算115 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算117 材料與參數(shù)選取118 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳遞動(dòng)力要求傳動(dòng)比是常數(shù)要求具有足夠的承載能力齒輪傳動(dòng)閉式傳動(dòng)開式傳動(dòng)半開式傳動(dòng)封閉在箱體內(nèi)，潤(rùn)滑條件好外露，潤(rùn)滑較差，易磨損介于上兩者之間,有防護(hù)罩111 齒輪的失效形式不同的傳動(dòng)形式，其失效是不同的。1、輪齒折斷原因：疲勞折斷、過(guò)載折斷全齒折

2、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、斜齒Fn采取措施: 增大齒根過(guò)渡圓角、消除加工倒痕減小應(yīng)力集中 增大軸及支承的剛性受載均勻 合適熱處理齒芯具有足夠韌性、表面強(qiáng)化2、齒面疲勞點(diǎn)蝕原因:接觸疲勞產(chǎn)生麻點(diǎn)發(fā)生部位：偏向齒根的節(jié)線附近（輪齒在節(jié)圓附近一對(duì)齒受力，滑動(dòng)速度低形成油膜條件差）閉式齒輪傳動(dòng)的主要破壞形式（開式傳動(dòng)中一般不會(huì)出現(xiàn)）采取措施: 提高材料硬度增強(qiáng)抗點(diǎn)蝕能力合理選擇潤(rùn)滑油防止裂紋擴(kuò)展3、齒面膠合原因:高速重載；散熱不良；滑動(dòng)速度大；齒面粘連后撕脫 發(fā)生部位：沿運(yùn)動(dòng)方向撕裂采取措施: 減小模數(shù)，降低齒高抗膠合能力強(qiáng)的潤(rùn)滑油材料的硬度及配對(duì)發(fā)生機(jī)理： 磨料(沙粒

3、、鐵屑等)進(jìn)入嚙合區(qū)齒面磨損齒形破壞齒根減薄斷齒發(fā)生狀況： 開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式采取措施: 加強(qiáng)潤(rùn)滑開式改閉式傳動(dòng)4、齒面磨損5、齒面塑性變形措施：提高齒面硬度，采用油性好的潤(rùn)滑油主要失效形式:閉式傳動(dòng)齒面點(diǎn)蝕、齒根折斷。開式傳動(dòng)齒面磨損、齒根折斷。一、齒輪材料112 齒輪材料及熱處理 基本要求：齒面硬、芯部韌 鋼材：的韌性好，耐沖擊，通過(guò)熱處理和化學(xué)處理可改善材料的機(jī)械性能，最適于用來(lái)制造齒輪。 金屬材料碳鋼（45#）中碳合金鋼鑄鋼低碳合金鋼最常用，經(jīng)濟(jì)、貨源充足鑄鐵35SiMn、40MnB、40Cr等20Cr、20CrMnTi等ZG310-570、ZG340-640等HT350、QT

4、600-3等非金屬材料尼龍、夾木膠布等選材時(shí)考慮：工作條件、載荷性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性、制造方法等齒輪毛坯形式：鍛造件、鑄造件二、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(jī)械性能，增大強(qiáng)度和韌性硬齒面。接觸強(qiáng)度高、耐磨性好、可抗沖擊齒面硬度HBS350齒面硬度HBS350配對(duì)齒輪均采用軟齒面時(shí)：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3040HBS）113 齒輪傳動(dòng)的精度誤差（齒形、齒距、齒向誤差）對(duì)齒輪傳動(dòng)的影響：1、影響傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性2、影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性3、影響載荷分布的均勻性精度等級(jí)：12個(gè)精度等級(jí)。第1級(jí)最高，第12級(jí)的最低。 常用6-9級(jí) 齒輪副中兩個(gè)齒輪的精度

5、等級(jí)一般取成相同表112列出了精度等級(jí)的薦用范圍，設(shè)計(jì)時(shí)可參考。一、齒輪上的作用力=114 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力 及計(jì)算載荷力的三要素：作用點(diǎn)、方向、大小 各力的方向：=各力關(guān)系：各作用力方向判斷Ft1與主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)方向相反Ft2與從動(dòng)輪回轉(zhuǎn)方向相同F(xiàn)r1 、Fr2分別指向各自齒輪的輪心21n2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2二、計(jì)算載荷名義載荷：經(jīng)受力分析得到的載荷。計(jì)算載荷：計(jì)入影響受力效果的各種因素后的載荷。 Fc=KFn K為載荷系數(shù)(表113)制造、安裝誤差；受載后的變形；原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)的不同性能赫茲公式：115 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算：O22（

6、從動(dòng)）O1N1N2tt1（主動(dòng)）T1c d12d22 C12 齒根靠近節(jié)線處最易發(fā)生點(diǎn)蝕。節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑是：BKBO齒面接觸強(qiáng)度演算公式：齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：公式中： 許用接觸應(yīng)力：Hlim材料的接觸疲勞極限，表11-1SH齒面接觸疲勞安全系數(shù)，表11-5對(duì)稱布置取大值；剛性大時(shí)取大值；齒面軟時(shí)取大值；具體見(jiàn)表11-6齒寬系數(shù)d：若結(jié)構(gòu)的剛性不夠，齒輪制造、安裝不準(zhǔn)確，則容易發(fā)生載荷集中現(xiàn)象，使輪齒折斷。d=b/d1: d越大，則b越大討論：兩輪接觸強(qiáng)度比較116 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的 輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算預(yù)備知識(shí)：彎曲應(yīng)力的計(jì)算FFHFV齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算：計(jì)算位置：rbOFn 齒頂嚙合時(shí)，

7、力臂最大；但力不是最大。 假定載荷僅由一對(duì)輪齒承擔(dān)，由此計(jì)算出最大彎矩。危險(xiǎn)截面：齒根圓角30 切線兩切點(diǎn)連線處。30 30 hFFnF2F1SFFnAB彎矩：M=F1 hF彎曲截面系數(shù)：= Fn cos hF = KFn cos hFW = b sF2/6彎曲應(yīng)力:YFa為齒形系數(shù)：它與齒形中的尺寸比例有關(guān)，與模數(shù)無(wú)關(guān)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪僅決定于齒數(shù)（圖118)。驗(yàn)算公式：引入應(yīng)力修正系數(shù)Ysa:考慮齒根的應(yīng)力集中設(shè)計(jì)公式：說(shuō)明：2、計(jì)算模數(shù)時(shí)，代入 YFa1 YFs1 /F1和YFa2 YFs2 /F2大值。（FE表11-1， SF表11-5）3、計(jì)算后的模數(shù)應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值。討論：兩齒輪彎曲

8、應(yīng)力是否相同？?jī)升X輪彎曲強(qiáng)度是否相同？硬齒面按輪齒彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 后按齒面接觸強(qiáng)度校核；設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：閉式齒輪傳動(dòng)軟齒面按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 后按輪齒彎曲強(qiáng)度校核；開式齒輪傳動(dòng)按輪齒彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，將模數(shù)加大10%-15%例11-1 閉式兩級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，單向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷有中等沖擊。傳動(dòng)比，高速軸轉(zhuǎn)速n1=745r/min，傳動(dòng)功率P=17kW，軟齒面，設(shè)計(jì)中速級(jí)傳動(dòng)。分析：1、設(shè)計(jì)材料、熱處理、精度模數(shù)、齒數(shù)2、準(zhǔn)則：閉式軟齒面按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 后按輪齒彎曲強(qiáng)度校核解：1.選擇材料并確定許用應(yīng)力 小齒輪：40MnB、調(diào)質(zhì) HB241-286，Hlim=680-760 ，F(xiàn)E=58

9、0-610 ?。?Hlim=730 ，F(xiàn)E=600關(guān)于表面硬度差 大齒輪：ZG35SiMn、調(diào)質(zhì) HB241-269，Hlim=590-640 ，F(xiàn)E=500-520 ?。?Hlim=620 ，F(xiàn)E=510安全系數(shù)：SH=1.1 、SF2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 取: 齒輪精度8級(jí) 載荷系數(shù)取 齒寬系數(shù)d 彈性系數(shù)ZE=188 點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH選齒數(shù)：1宜取多 (2040) 保證平穩(wěn)1不宜過(guò)多(2030)平穩(wěn),彎曲強(qiáng)度1宜取少 保證輪齒彎曲強(qiáng)度 重合度大，平穩(wěn)性好m小，輪齒彎曲強(qiáng)度差Z1多 小輪齒數(shù)1:閉式軟齒面閉式硬齒面開式 取: z1=32， z2=iz1=3.732118 實(shí)際傳動(dòng)比i= z2

10、/ z1模數(shù): m=d1/z1=2.8(取m=3mm)中心距: a=m（ z1+z2）/2=225mm齒寬：b=dd1=71.8mm(取b2=75, b1=80)其它幾何參數(shù)：3.驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度齒形系數(shù):YFa1，YFa2應(yīng)力校正系數(shù):YSa1，YSa24.齒輪圓周速度：故采用8級(jí)精度合適。11-8 斜齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算一、作用力的分析二、輪齒表面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算假設(shè)：不計(jì)摩擦力、標(biāo)準(zhǔn)中心距圓周力Ft:徑向力Fr:軸向力Fa:法向力Fn:一、齒輪上的作用力d1111111徑向力Fr：指向各自圓心圓周力Ft：利用轉(zhuǎn)向判斷 主動(dòng)輪與n1相反 從動(dòng)輪與n2相同軸向力Fa：主動(dòng)

11、輪左、右手定則方向判定：Ft1Fr1Fr2Ft2Fa1Fa2與直齒輪相比，斜齒輪特點(diǎn)： 重合度大； 接觸線是傾斜的、變化的； 法面內(nèi)的當(dāng)量齒輪的分度園較大二、輪齒表面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算斜齒輪的接觸和彎曲應(yīng)力較低dabC當(dāng)量齒輪C當(dāng)量齒數(shù)校核公式：設(shè)計(jì)公式：斜齒輪強(qiáng)度計(jì)算的模型： 斜齒輪法面上的當(dāng)量直齒輪斜齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算也按當(dāng)量齒輪 進(jìn)行校核公式：設(shè)計(jì)公式：三、輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算常用的齒輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：11-9 齒輪的構(gòu)造11-9 齒輪的構(gòu)造齒輪軸 （(22.5)mn）齒輪軸e實(shí)心齒輪d 很小 d500mm 腹板式齒輪實(shí)心齒輪腹板式齒輪(或帶加強(qiáng)筋)（鍛或鑄）輪幅式齒輪d400mm 鑄鐵、鑄鋼輪幅式齒輪組裝式齒輪開式傳動(dòng)：人工定期(油或脂)11-10齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑和效率一、齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑V12m/SV12m/S閉式傳動(dòng)：1、潤(rùn)滑方式閉式傳動(dòng)蘸油潤(rùn)滑(多級(jí))V12m/S油池潤(rùn)滑（單級(jí)）最低油面V較大：1個(gè)全齒高（