06第五章齿轮机构与传动 - 图文(5)

轮齿折断 齿面点蚀

齿面胶合 齿面磨损 齿面塑性变形

图5.14 轮齿的失效形式

2、齿面点蚀

轮齿受力后，齿面接触处将产生脉动循环变化的接触应力。轮齿在接触应力反复作用下，表面或次表层出现疲劳裂纹。疲劳裂纹不断扩展，齿面因金属碎片脱落而形成麻点状凹坑。

提高齿面硬度，降低表面粗糙度，采用高粘度润滑油，可提高齿面抗点蚀的能力。 3、齿面胶合

在高速转动或重载齿轮传动中，齿面间压力大，接触点附近温度高，油膜破裂，两金属表面直接接触，产生粘附，随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着磨损。

提高齿面硬度，降低表面粗糙度，采用有抗胶合添加剂的润滑油，采取有效冷却，可减缓和防止齿面胶合。

4、齿面磨损

在齿轮传动中，齿面有相对滑动，由此产生摩擦导致齿面产生磨损。齿面磨损后，齿廓形状被破坏，引起冲击、振动和噪声，且由于齿厚减薄而可能发生轮齿折断。磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。

采用闭式传动或加防护罩，适时更换润滑油，选用粘度高的润滑油，可有效减轻齿面磨损。

5、齿面塑性变形

当齿面应力较大时，齿面表层的材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性流动，从而导致齿面形状损坏。

适当提高齿轮硬度及润滑油的粘度，可有助于减小和防止齿面塑性变形。

二、齿轮传动的设计计算准则

齿轮传动中，在不同的载荷和工作条件下，齿轮可能出现不同的失效形式。对于不同的失效形式，应根据其失效机理，分别确立相应的设计准则。但是，对于齿面磨损、齿面塑性变形的设计计算，目前尚未建立实用的、行之有效的计算方法和设计数据。所以，目前设计一般使用条件下的齿轮传动时，通常按保证齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两项准则计算。

工程实践中，一般推荐采用以下的设计计算准则： 1、闭式齿轮传动

闭式齿轮传动的设计计算准则见下表：

表5.8 闭式齿轮传动

传动形式 中、小功率 软齿面 硬齿面 大功率、重载 高速 主要失效形式 齿面点蚀 齿根疲劳折断 齿面点蚀 齿根疲劳折断 齿面点蚀 齿根疲劳折断 齿面热胶合 齿面点蚀 齿根疲劳折断 齿面冷胶合 齿面塑性变形 设计计算准则 接触疲劳强度设计计算准则 弯曲疲劳强度设计计算准则 接触疲劳强度设计计算准则 弯曲疲劳强度设计计算准则 接触疲劳强度设计计算准则 弯曲疲劳强度设计计算准则 热胶合强度设计 接触疲劳强度设计计算准则 弯曲疲劳强度设计计算准则 冷胶合强度设计 轮齿静强度计算 低速 2、开式齿轮传动

开式齿轮传动的主要失效形式为弯曲疲劳折断和磨粒磨损。按弯曲疲劳强度进行计算，并将得到的模数增大10％～15％来考虑磨损影响。

齿轮传动中有短时过载时，均须进行静强度计算。

第七节 齿轮常用材料和热处理

一、齿轮材料

制造齿轮的材料主要是各种牌号的钢，其次是铸铁，在特殊情况下采用有色金属、粉末冶金及某些非金属材料等。

1、钢

钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或化学处理改善材料的机械性能，提高齿面的硬度。常用的钢材有锻钢和铸钢。

除尺寸过大或形状复杂只宜铸造外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量为0.15％～0.6％的碳钢和合金钢。

尺寸较大的齿轮多采用铸钢。铸钢的耐磨性及强度较好，但应经退火及时效处理，必要时可进行调质。

2、铸铁

灰铸铁价廉、易切削，但耐冲击和抗弯曲性能差，主要用于制造低速和不重要的开式齿轮传动及功率不大的齿轮传动。

球墨铸铁的机械性能较高，有时可代替铸钢制大齿轮。 3、非金属材料

对于高速、轻载、精度不高的齿轮传动，有时采用非金属材料制作的齿轮。 二、齿轮热处理

钢制齿轮可以通过不同的热处理方法获得不同的表面硬度。工业上350HB为界将齿轮传动分为软齿面（布氏硬度HB≤350）和硬齿面（布氏硬度HB≥350）

1、软齿面

软齿面齿轮常用的热处理方法为调质和正火。调质齿轮的强度、韧性和齿面硬度均高于正火齿轮。对于不宜调质、尺寸较大或不太重要的齿轮一般采用正火。

2、硬齿面

硬齿面齿轮采用表面硬化处理方法。常用方法如下。

（1）表面淬火 处理后，表面硬度可达HRC＝48～54。 （2）渗碳淬火 处理后，表面硬度可达HRC＝58～63。 （3）氮化 处理后，齿轮硬度高，耐磨性好，变形小。 （4）碳氮共渗 处理后，表面硬度可达HRC＝62～67。 （5）表面激光硬化 处理后，表面硬度可达HV950以上。

第八节 齿轮传动的强度设计计算

一、齿面接触疲劳强度的计算

齿轮传动工作中，相啮合的轮齿在法向力Fn的作用，主要产生两种应力：齿面接触应力

?H和齿根弯曲应力?F。

齿面疲劳与齿面接触应力大小有关，设汁准则是限制齿面接触应力，以避免发生齿面疲劳。所以，齿面接触疲劳强度条件为

?H???H? 5.12

1、标准直齿圆柱齿轮的接触疲劳强度计算 （1）齿面接触疲劳强度的条件（校核公式）为

?H?ZHZEZ?2KT1u?1???H? MPa 5.13 2bd1u2（2）齿面接触疲劳强度的设计公式为

3d1?2KT1u?1?ZHZEZ???du????H?3??? mm 5.14 ?2a??u?1?KT1?ZHZEZ??2?au????H???? mm 5.15 ?式中，ZH—节点区域系数。用于考虑节点处齿廓曲率对接触应力的影响，

ZH?2。

sin?cos? ZE—弹性系数。用于修正材料的弹性模量和泊松比对接触应力的影响，单位为(MPa)0.5，其值按表5.9查取。

表5.9 弹性系数ZE (MPa)0.5

齿轮1 灰铸铁 锻钢 铸钢 球墨铸铁 162.0 161.4 156.6 球墨铸铁 181.4 180.5 173.9 齿轮2 铸钢 188.9 188.0 锻钢 189.8 夹布塑胶 56.4 灰铸铁 143.7 Z?—重合度系数。用于考虑重合度对单位齿宽载荷的影响，Z??4??a。 3

?d，?a—齿宽系数，?d?ba，?a?。 d1d1 b—工作齿宽，mm，指一对齿轮中的较小齿宽。 u—齿数比，u?z2z1?d2d1。 “＋”用于外接触，“－”用于内接触。

补充说明：

（1）?a的求解公式及过程

齿顶压力角

?a1?arccobs1 ?a2?arccosdda1db2 da25.16

?a?1?z1?tan?a1?tan???z2?tan?a2?tan??? 5.17 2?（2）当用式5.14和5.15进行初步设计时，系数确定 ①载荷系数K和重合度系数Z?的确定

因载荷系数K和重合度系数Z?不能预先确定，可选用一个综合系数KtZ?2t，一般取

KtZ?2t?0.8~1.5这样可计算得到试算值d1t或at。当载荷平稳，齿轮精度高，圆周速度低，

齿轮对称布置时，KtZ?2t取小值。直齿轮，KtZ?2t适当取大，斜齿轮，KtZ?2t适当取小。待参数确定后，再按式5.13进行校核计算。

②齿宽系数?d，?a的确定

齿宽系数?d，?a越大，载荷沿齿宽分布不均匀约严重，故应合理选择齿宽系数?d，?a。一般?a?0.1~1.2。闭式传动常取?a?0.3~0.6，最常用0.4或0.35；开式传动常取

?a?0.1~0.3，最常用0.3。?d??a表5.10 圆柱齿轮的齿宽系数?d 齿轮相对 …… 此处隐藏：1517字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……