齿轮的失效形式.ppt

1 齿轮的失效形式 4-1齿轮传动 2 齿轮材料及热处理 本章要求 3 齿轮传动精度 4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 7 齿轮的构造 8 齿轮传动的润滑和效率 6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 本节要求 掌握齿轮的失效形式、形成的机理及措施。 4-5渐开线齿轮失效形式 齿轮传动过程中，若齿轮发生折断、齿面损 坏等现象，则齿轮失去了正常的工作能力， 称为失效。 什么叫失效？ 齿轮轮齿的失效形式 轮齿的失效形式多种多样，较为常见的有轮齿折断 、齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等等。 齿齿 轮轮 传传 动动 闭式传动 开式传动 半开式传动 封闭在箱体内，润滑条件好 外露，润滑较差，易磨损 介于上两者之间,有防护罩 1、轮齿折断 疲劳折断 过载折断 全齿折断常发生于齿宽较小的直齿轮 局部折断常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮 措施：增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、增大 模数等 2、齿面点蚀 点蚀常发生于闭式软齿面（HBS350）传动中 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近 开式传动中一般不会出现点蚀现象 措施：提高齿面硬度和齿面质量 3、齿面胶合 配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强 措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等 4、齿面磨损 是开式传动的主要失效形式 措施：改善润滑和密封条件 5、齿面塑性变形 措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油 一、齿轮材料 2 齿轮材料及热处理 二、热处理 一、齿轮材料 金属材料 45号钢 中碳合金钢 铸钢 低碳合金钢 最常用，经济、货源充足 铸铁 35SiMn、40MnB、40Cr等 20Cr、20CrMnTi等 ZG310-570、ZG340-640等 HT350、QT600-3等 非金属材料尼龙、夹木胶布等 选材时考虑 ： 工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等 齿轮毛坯锻造选可锻材料；铸造选可铸材料 二、热处理 调 质 正 火 表面淬火 渗碳淬火 渗氮 软齿面 。 改善机械性能，增大强度和韧性 硬齿面 。 接触强度高、耐磨性好、可抗冲击 配对齿轮均采用软齿面时 ：小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度 稍高于大齿轮（约3040HBS） 齿面硬度HBS350 齿面硬度HBS350 113 齿轮传动的精度 误差对齿轮传动的影响： 1、影响传递运动的准确性 2、影响传动的平稳性 3、影响载荷分布的均匀性 精度等级：13个精度等级。第0级最高，第12级的最低。齿轮 副中两个齿轮的精度等级一般取成相同 P162表112列出了精度等级的荐用范围，设计时可参考。 4直齿圆柱齿轮传动的作用力 及计算载荷 一、齿轮上的作用力 二、计算载荷 一、齿轮上的作用力 在驱动力矩 作用下，主动轮齿沿啮合线受到来自 从动轮齿的法向力 作用。 由于直齿圆柱齿轮法面与端 面重合，因此， 作用在端面内，可分解成圆周力 和 径向力 。 = = 各力的方向 ： = 各力关系：作用在主动动轮和从 动轮动轮 上的对应对应 力等值值反向 ，即 各作用力方向判断 Ft1与主动轮回转方向相反 Ft2与从动轮回转方向相同 Fr1 、Fr2分别指向各自齿轮的轮心 2 1 例：例：n2 n1 Fr2 Fr1 Ft1Ft2 n1 n2 注意：注意： 各力应各力应 画在啮画在啮 合点上合点上 ！ 二、计算载荷 名义载荷：机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到 的载荷。如 等。 计算载荷：实际计算时，为尽可能接近实际情况，需 要计入影响受力效果的各种因素（制造、安装误差，轮 齿、轴和轴承受载后的变形，原动机与工作机的不同性 能，传动中工作载荷与工作速度的变化等 ），以系数的 形式对名义载荷进行修正。名义载荷的修正值称为计算 载荷。 如 等。 计算齿轮强度时，名义载荷Fn通常用计算载荷KFn代替， 以考虑载荷集中和附加动载荷的影响。K为载荷系数。其值 由P164表113查取。 5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算 n齿轮强度计算的主要目的是避免失效。 n闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀 和齿根弯曲疲劳折断。 n开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损 和齿根弯曲疲劳折断。 当零件在受载时是高副接触， 受载后由于变形，其接触处为一小面积 ，通常该面积很小，而表层产生的局部 应力却很大，这种应力称为接触应力。 齿面疲劳点蚀与齿面的接触应力的大小有关， 根据赫兹公式可计算齿面的最大接触应力： 负号用于 内接触 工作时的接 触应力 齿根部分靠近节线处最易发生 点蚀，所以取节点处的接触应力为计 算依据，节点处的齿廓曲率半径是： 由于节点处只有一对齿啮 合，所以载荷由一对齿承担： n其中K为载荷系数；载荷系数根据原动机的类型及 工作机械的载荷特性确定，见表11-3 335是两个齿轮的材料均为钢时的结果。 许用接触 应力 齿面接触强度条件 ： 一对齿轮，当材料、传动比及齿宽系数 一定时，齿轮的中心距和直径由齿面接触强 度决定，而模数的大小与接触强度无关。 齿面接触强度的设计公式 ： n齿宽系数a越大，则中心距越小，若结构的刚 性不够，齿轮制造、安装不准确，则齿宽过大容 易发生载荷集中现象，使轮齿折断。 n轻型减速机取a=0.20.4；中型减速机取 a=0.40.6；重型减速机取a=0.8。 na0.4时，通常采用斜齿或人字齿。 若配对的齿轮材料不都是钢，则计算 中系数应改为乘以： 若配对齿轮材料为钢对铸铁，公式中系数改为285 若配对齿轮材料为铸铁对铸铁，公式中系数改为250 许用接触应力H的计算： n式中，Hlim是齿轮的接触疲劳极限，由 图11-7查取；SH为齿面接触疲劳安全系数 ，按表11-4查取。 6 直齿圆柱齿轮传动的 轮齿弯曲强度计算 n根据载荷由一对轮齿承担 ，当载荷作用于齿顶时，齿 根所受到的弯曲力矩最大。 n计算时将轮齿看作为悬臂 梁，危险截面用30o切线法 确定。 Fn n作与轮齿对称中心线成30o 夹角并与齿根圆角相切的斜 线，而认为两切点连线是危 险截面。 n危险截面处的齿厚为SF。 n法向力Fn分解为与轮齿圆周 方向相一致的F1和与径向方向 相一致的径向力F2。 弯矩：M = F1 hF 危险截面的弯曲截面系数：W = b sF2/6（矩形截面） = KFn hF cosF 危险截面的弯曲应力为： 齿轮弯曲强度验算公式： n其中，YF为齿形系数，它与齿形中的尺寸比例 有关，与模数无关，对于标准齿轮仅决定于齿数 。正常齿制标准齿轮YF见图119。 n因为YF1和YF2不同，F1 和F2也不同，验算 时应分别验算两个齿轮的弯曲强度。 轮齿弯曲强度设计公式： n计算中，代入YF1/F1和YF2/F2中比值 较大值。 n计算后的模数应圆整为标准模数值。 弯曲许用应力计算式： n其中Flim是齿轮的齿根弯曲疲劳极限，由图11- 10查取；当轮齿为双侧工作的齿轮时，将数据乘 以0.7； nSF为轮齿弯曲疲劳安全系数，由表11-4查取 n软齿面闭式齿轮传动先按齿面接触强度确 定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度； n硬齿面闭式齿轮传动，先按轮齿弯曲强度 进行设计计算，然后验算齿面接触强度； n开式齿轮传动，按闭式齿轮传动的强度公 式进行计算，许用弯曲应力应乘以0.70.8 ； 齿轮传动设计时，首先按主要失效形 式进行强度计算，确定其主要尺寸，然后 对其他失效形式进行必要的校核。 例题 闭式直齿圆柱齿轮传动，电动机驱动 ，单向转动，载荷有中等冲击。传动比i=3.7 ，高速轴转速n1=745r/min，传动功率P=17kW， 确定该传动齿轮。 n1.选择材料并确定许用应力 n 小齿轮用40MnB调质处理，HB260(1) n 大齿轮用ZG35SiMn调质处理，HB225(2) n查得Hlim1=700N/mm2， Hlim2=540N/mm2， SH=1.1 (3) ， Flim1=240N/mm2， Flim2=180N/mm2， SF=1.3（4） n2.按齿面接触强度设计 n 设齿轮按8级精度制造，载荷系数取K=1.5 ，齿宽系数a=0.4(5) n取z1=32，z2=iz1=3.732118(6) n模数m=2a/（z1+z2） n =2 220.2/（32+118） =2.94， n取m=3mm。 n中心距a=m（ z1+z2）/2 n =3