齒輪的失效形式

1、齒輪的失效形式第1頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五7 齒輪的構(gòu)造8 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑和效率6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算第2頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五本節(jié)要求掌握齒輪的失效形式、形成的機(jī)理及措施。4-5漸開(kāi)線齒輪失效形式第3頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五齒輪傳動(dòng)過(guò)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(chēng)為失效。什么叫失效？第4頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五第5頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五 齒輪輪齒的失

2、效形式 輪齒的失效形式多種多樣，較為常見(jiàn)的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、磨損、膠合和塑性變形等等。齒輪傳動(dòng)閉式傳動(dòng)開(kāi)式傳動(dòng)半開(kāi)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)罩第6頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五1、輪齒折斷疲勞折斷過(guò)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7頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五2、齒面點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕常發(fā)生于閉式軟齒面（HBS350）傳動(dòng)中點(diǎn)蝕的形成與潤(rùn)滑油的存在密切相關(guān)點(diǎn)蝕常發(fā)生于偏向齒根的節(jié)線附近開(kāi)式傳動(dòng)中一般不會(huì)出

3、現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象措施：提高齒面硬度和齒面質(zhì)量第8頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五3、齒面膠合配對(duì)齒輪采用異種金屬時(shí)，其抗膠合能力比同種金屬?gòu)?qiáng)措施：采用異種金屬、降低齒高、提高齒面硬度等第9頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五4、齒面磨損是開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式措施：改善潤(rùn)滑和密封條件第10頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五5、齒面塑性變形措施：提高齒面硬度，采用油性好的潤(rùn)滑油第11頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五一、齒輪材料2 齒輪材料及熱處理二、熱處理第12頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五一、齒

4、輪材料金屬材料45號(hào)鋼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、QT600-3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鍛造選可鍛材料；鑄造選可鑄材料第13頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五二、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）齒面硬

5、度HBS350齒面硬度HBS350第14頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五113 齒輪傳動(dòng)的精度誤差對(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)：13個(gè)精度等級(jí)。第0級(jí)最高，第12級(jí)的最低。齒輪 副中兩個(gè)齒輪的精度等級(jí)一般取成相同P162表112列出了精度等級(jí)的薦用范圍，設(shè)計(jì)時(shí)可參考。第15頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的作用力 及計(jì)算載荷一、齒輪上的作用力二、計(jì)算載荷第16頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五一、齒輪上的作用力 在驅(qū)動(dòng)力矩 作用下，主動(dòng)輪齒沿嚙合線受

6、到來(lái)自從動(dòng)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17頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五 各力的方向：=各力關(guān)系：作用在主動(dòng)輪和從動(dòng)輪上的對(duì)應(yīng)力等值反向 ，即各作用力方向判斷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21例：n2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2注意：各力應(yīng)畫(huà)在嚙合點(diǎn)上！第18頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五二、計(jì)算載荷名義載荷：機(jī)器銘牌上給定的載荷或經(jīng)受力分析得到的載荷。如 等。計(jì)算載荷：實(shí)際計(jì)算時(shí)，為盡可能接近實(shí)際情

7、況，需要計(jì)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(dòng)機(jī)與工作機(jī)的不同性能，傳動(dòng)中工作載荷與工作速度的變化等 ），以系數(shù)的形式對(duì)名義載荷進(jìn)行修正。名義載荷的修正值稱(chēng)為計(jì)算載荷。 如 等。 計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，名義載荷Fn通常用計(jì)算載荷KFn代替，以考慮載荷集中和附加動(dòng)載荷的影響。K為載荷系數(shù)。其值由P164表113查取。第19頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五5 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算齒輪強(qiáng)度計(jì)算的主要目的是避免失效。閉式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕和齒根彎曲疲勞折斷。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是齒面磨損和齒根彎曲疲勞折斷。第20

8、頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五 當(dāng)零件在受載時(shí)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(chēng)為接觸應(yīng)力。 齒面疲勞點(diǎn)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(jì)算齒面的最大接觸應(yīng)力：負(fù)號(hào)用于內(nèi)接觸工作時(shí)的接觸應(yīng)力第21頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五 齒根部分靠近節(jié)線處最易發(fā)生點(diǎn)蝕，所以取節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力為計(jì)算依據(jù)，節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑是：第22頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五第23頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五 由于節(jié)點(diǎn)處只有一對(duì)齒嚙合，所以載

9、荷由一對(duì)齒承擔(dān)：第24頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五其中K為載荷系數(shù)；載荷系數(shù)根據(jù)原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及工作機(jī)械的載荷特性確定，見(jiàn)表11-3335是兩個(gè)齒輪的材料均為鋼時(shí)的結(jié)果。許用接觸應(yīng)力齒面接觸強(qiáng)度條件：第25頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五 一對(duì)齒輪，當(dāng)材料、傳動(dòng)比及齒寬系數(shù)一定時(shí)，齒輪的中心距和直徑由齒面接觸強(qiáng)度決定，而模數(shù)的大小與接觸強(qiáng)度無(wú)關(guān)。齒面接觸強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式：第26頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五齒寬系數(shù)a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(guò)大容易發(fā)生載荷集中現(xiàn)象，使輪齒折斷。輕型減速

10、機(jī)取a=0.20.4；中型減速機(jī)取a=0.40.6；重型減速機(jī)取a=0.8。a0.4時(shí)，通常采用斜齒或人字齒。第27頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五 若配對(duì)的齒輪材料不都是鋼，則計(jì)算中系數(shù)應(yīng)改為乘以：若配對(duì)齒輪材料為鋼對(duì)鑄鐵，公式中系數(shù)改為285若配對(duì)齒輪材料為鑄鐵對(duì)鑄鐵，公式中系數(shù)改為250第28頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五許用接觸應(yīng)力H的計(jì)算：式中，Hlim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29頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五6 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的 輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算根

11、據(jù)載荷由一對(duì)輪齒承擔(dān)，當(dāng)載荷作用于齒頂時(shí)，齒根所受到的彎曲力矩最大。計(jì)算時(shí)將輪齒看作為懸臂梁，危險(xiǎn)截面用30o切線法確定。Fn第30頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五作與輪齒對(duì)稱(chēng)中心線成30o夾角并與齒根圓角相切的斜線，而認(rèn)為兩切點(diǎn)連線是危險(xiǎn)截面。危險(xiǎn)截面處的齒厚為SF。第31頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五法向力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(xiǎn)截面的彎曲截面系數(shù)：W = b sF2/6（矩形截面）= KFn hF cosF危險(xiǎn)截面的彎曲應(yīng)力為：第32頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，

12、2點(diǎn)4分，星期五齒輪彎曲強(qiáng)度驗(yàn)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(wú)關(guān)，對(duì)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(jiàn)圖119。因?yàn)閅F1和YF2不同，F(xiàn)1 和F2也不同，驗(yàn)算時(shí)應(yīng)分別驗(yàn)算兩個(gè)齒輪的彎曲強(qiáng)度。第33頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五輪齒彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：計(jì)算中，代入YF1/F1和YF2/F2中比值較大值。計(jì)算后的模數(shù)應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值。第34頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五彎曲許用應(yīng)力計(jì)算式：其中Flim是齒輪的齒根彎曲疲勞極限，由圖11-10查??；當(dāng)輪齒為雙側(cè)工作的齒輪時(shí)，將數(shù)據(jù)乘以0.7；SF為輪齒彎曲疲

13、勞安全系數(shù)，由表11-4查取第35頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)先按齒面接觸強(qiáng)度確定傳動(dòng)尺寸，然后驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度；硬齒面閉式齒輪傳動(dòng)，先按輪齒彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后驗(yàn)算齒面接觸強(qiáng)度；開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，按閉式齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，許用彎曲應(yīng)力應(yīng)乘以0.70.8； 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先按主要失效形式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確定其主要尺寸，然后對(duì)其他失效形式進(jìn)行必要的校核。第36頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五例題 閉式直齒圓柱齒輪傳動(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i=3.7，高速軸轉(zhuǎn)速n1=745r/min，傳動(dòng)功率P=

14、17kW，確定該傳動(dòng)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37頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五查得Hlim1=700N/mm2， Hlim2=540N/mm2，SH=1.1 (3) ， Flim1=240N/mm2， Flim2=180N/mm2， SF=1.3（4）第38頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)齒輪按8級(jí)精度制造，載荷系數(shù)取K=1.5，齒寬系數(shù)a=0.4(5)第39頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五取z1=32，z2=iz1=3.732118(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40頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)4分，星期五齒寬b=aa=0.4225=90mm取b2=90mm