齿轮传动失效形式

会计学1齿轮传动失效形式第1页/共28页

第7章齿轮传动

教学目标：了解齿轮传动的失效形式及设计准则；

了解齿轮材料及选用原则；

能够计算齿轮传动的计算载荷；

能够进行标准直齿圆柱齿轮的受力分析。

教学重点:

1.齿轮传动的失效形式及设计准则；

2.标准直齿圆柱齿轮的受力分析。

教学难点：标准直齿圆柱齿轮的受力分析。

第2页/共28页一、齿轮传动的特点（1）适用的圆周速度和功率范围广；（2）传动效率高；（3）传动比稳定；（4）工作可靠,寿命较长；（5）可实现任意轴之间的传动。

2、缺点：（1）要求较高的制造和安装精度，成本高；（2）不适宜于远距离两轴之间的传动。第一节概述1、优点：第3页/共28页二、齿轮传动的分类按齿轮类型分：直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动锥齿轮传动按装置形式分：开式传动、半开式传动、闭式传动。按使用情况分：动力齿轮─以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。传动齿轮─以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。按齿面硬度分：软齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS或38HRS）硬齿面齿轮（齿面硬度＞350HBS或38HRS）第4页/共28页1.轮齿折断第二节齿轮传动的失效形式及设计准则一、齿轮的失效形式1.轮齿折断：折断发生在齿根处1）过载折断（淬火钢和铸铁齿轮常见的失效形式）；2）疲劳折断。采取措施：1）材料及热处理；2）增大模数；3）增大齿根圆角半径消除刀痕；4）喷丸、滚压处理；5）增大轴及支承刚度。第5页/共28页2.齿面点蚀：轮齿接触表面在变化的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点剥蚀损伤现象，开始是针尖大小麻点，逐渐扩展连成片状。点蚀一般首先出现在齿根靠近节线处，再向其它部位扩展。主要措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；采用合理变位。形成原因：轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大；滑动速度低形成油膜条件差；接触疲劳产生麻点。第6页/共28页3.齿面磨损

主要措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；采用清洁的润滑油。原因：相对滑动；润滑不良；存在杂质。第7页/共28页4.齿面胶合：齿面粘连后撕脱防止胶合的措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；限制油温。原因：高速重载；滑动速度大；散热不良；齿面金属熔化粘连后撕脱——热胶合低速重载，由于齿面间油膜破坏，也会出现胶合——冷胶合第8页/共28页5.塑性变形措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。原因：重载，齿面软

第9页/共28页二.齿轮传动设计准则1、对于闭式齿轮传动：对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。1）软齿面（≤350HBS）齿轮主要失效形式是齿面点蚀，故可按齿面接触疲劳强度设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核.

2）硬齿面（>350HBS）或铸铁齿轮，由于抗点蚀能力较高，轮齿折断的可能性较大，故可按齿根弯曲疲劳强度设计计算，按齿面接触疲劳强度校核。2、对于开式齿轮传动，齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10%——20%。第10页/共28页

齿面要硬、齿芯要韧，即:(1)齿面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷；(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能，使之便于加工且便于提高其力学性能。一、齿轮材料的基本要求第三节齿轮的材料及其选用原则第11页/共28页1．锻钢

锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。

(1)软齿面齿轮：齿面硬度<350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢．40Cr，35SiMn等材料，进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度、精度要求不高的场合，轮坯经过热处理后加工，生产便利、成本较低。

(2)硬齿面齿轮:硬齿面齿轮的齿面硬度大于350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火或渗碳淬火处理。加工后进行热处理,若变形过大,则需精加工。二、齿轮的常用材料第12页/共28页2．铸钢

当齿轮的尺寸较大(大于400一600mm)而不便于锻造时，可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。

3．铸铁

低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mmm时可制成轮辐式齿轮。

在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高20一50HBS，这是因为小齿轮轮齿啮合次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。

第13页/共28页补充：机械制造常用材料一、常用材料钢常用金属材料铸铁有色金属合金——含碳量>2%——含碳量≤

2%铁碳合金非金属材料橡胶塑料等第14页/共28页1、钢：按化学成分：碳素钢按含碳量：低碳钢<0.25%合金钢中碳钢0.25%~0.5%高碳钢>0.5%按质量：普通钢优质钢按用途：结构钢特殊钢按冶炼时脱氧程度和钢锭中气孔存在情况：镇静钢沸腾钢第15页/共28页（1）普通碳素结构钢Q235-A、F，（2）优质碳素结构钢25、35、45、60--平均含碳量（3）合金结构钢25Cr2MoV（4）铸钢ZG235-450、ZG35SiMn特点：钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。选用原则：优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。应用：应用范围极其广泛。第16页/共28页2、铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之第17页/共28页

钢的热处理是指将钢在固态下进行不同温度的加热、保温和冷却的方法，是其内部组织结构发生变化，从而达到提高零件的力学性能和改善其工艺性能的目的。

常用的热处理方法有：退火、正火、淬火、回火、调质及表面热处理等。

二、钢的热处理简介第18页/共28页1退火是将钢加热到临界温度（约723℃）以上（30-50℃），保温一段时间，然后工件随炉温缓慢冷却。消除锻造、焊接的内应力，降低硬度，改善切削加工性能。2正火与退火相似，只是在保温后，在空气中冷却，冷却速度比退火快。作用于退火类似，但比退火经济，可作为零件的最终热处理。

3淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，而后在水、盐水或油中快速冷却。获得高强度和高硬度，提高耐磨性和耐蚀性。但产生很大内应力，降低塑性和韧性，故应回火已得到较好的综合性能。

第19页/共28页4回火是将淬火钢重新加热到临界温度以下的某一温度，保温一段时间，然后冷却。根据加热温度不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。低温回火的加热温度为150-250℃，适用于刀具、量具、滚动轴承等；中温回火的加热温度为300-450℃，适用于有弹性要求的零件，如弹簧；高温回火的加热温度为450-650℃，适用于各种重要的机械零件，如齿轮、轴、重要螺栓等。

回火第20页/共28页5调质—淬火后高温回火。6表面热处理是强化零件表面的重要手段，常用的方法有表面淬火和化学热处理两种。1)表面淬火是将机械零件需要强化的表面迅速加热到淬火温度，随即快速将该表面冷却的热处理方法。2)化学热处理是将机械零件放在含有某种化学元素（如碳、氮等）介质中加热保温，使该元素的活性原子渗入到零件表面的热处理方法。根据渗入原始的不同，常用的化学热处理方法有渗碳(常用于低碳钢或低碳合金刚)、氮化和氰化（碳氮共渗，用于低碳钢或中碳钢）等。第21页/共28页三、材料的选用原则：（1）使用要求：工作和受载情况工作情况：介质、温度、摩擦性质受载情况：载荷大小、应力种类（2）工艺要求：锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能（3）经济性铸造性能第22页/共28页三、齿轮材料的选择原则1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。2）应考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型方法、热处理、制造工艺。3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮；调质碳钢可用于中等冲击载荷下工作的齿轮。4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。第23页/共28页（1）、传递的准确性—Ⅰ（从动转动一周的转角误差不超过许用值）（2）、传动的平稳性—Ⅱ（瞬时传动比i不超过许用值）（3）、载荷分布的均匀性—

Ⅲ（接触面上载荷分布均匀）1、精度要求齿轮的精度2、精度等级

齿轮精度规定了1～12的12个等级，其中，