渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则济南职业课件

《机械设计基础》课程渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则主讲人：陈恒超济南职业学院目

录content01失效形式02齿轮传动的设计准则济南职业学院渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则济南职业学院一、失效形式1.轮齿折断

轮齿折断一般发生在根部。硬度高的钢制齿轮和铸铁齿轮由于严重过载或冲击载荷引起的轮齿突然折断，称为过载折断。严重磨损的轮齿，由于齿厚变薄，也容易发生弯曲过载折断。轮齿在交变应力作用下，齿根处产生的弯曲应力最大，当弯曲应力超过弯曲疲劳极限时，将产生疲劳裂纹并逐渐扩大，最终引起轮齿折断，这种折断称为弯曲疲劳折断。图6.15轮齿折断

防止弯曲过载折断的办法是，禁止超载使用；防止弯曲疲劳折断的办法是，保证轮齿弯曲疲劳强度，加大齿根圆角以缓和应力集中。渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则济南职业学院一、失效形式2.齿面点蚀

轮齿在传动过程中啮合后，齿面接触面处会产生接触应力。经过长期脉动循环的接触应力作用下，在齿面节点附近，最初出现针尖大小的麻点，随着应力循环次数的增加，麻点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，最后形成明显的齿面损伤。这种疲劳称为齿面疲劳点蚀，如图6.16(a）所示。防止的办法是:限制接触应力，提高齿面硬度，以保证齿面接触强度。齿面疲劳点蚀是闭式齿轮传动的主要失效形式。(a)点蚀(b)胶合(c)磨损图

6.16轮齿点蚀

、胶合

、磨损渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则济南职业学院一、失效形式3.齿面胶合由于此时两齿面间的相对滑动，将较软金属表面沿滑动方向滑伤、撕脱，形成沟纹，严重时甚至相互咬死，这种现象称为胶合。低速重载的齿轮传动，齿面间油膜不易形成，也会发生胶合。防止胶合的办法有：采用大黏度或有抗胶合添加剂的润滑油，提高齿面硬度、改善齿面精度，配对齿轮采用不同的材料，对于高速重载传动加强散热等。(a)点蚀(b)胶合(c)磨损图

6.16轮齿点蚀

、胶合

、磨损渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则济南职业学院一、失效形式4.齿面磨损轮齿在啮合过程中的相对滑动，引起齿轮的齿面磨损。在开式齿轮传动中，当其工作面间进入沙粒、铁屑等硬颗粒磨料性物质，齿面即被逐渐磨损形成磨粒磨损，导致齿形破坏，引起附加动载荷和噪声，致使轮齿失效，磨损后齿厚变薄会造成轮齿折断，如图6.16(c)所示。(a)点蚀(b)胶合(c)磨损图

6.16轮齿点蚀

、胶合

、磨损防止磨粒磨损办法是：采用闭式传动，保持良好的清洁和润滑，提高齿面硬度。渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则济南职业学院一、失效形式5.齿面塑性变形在低速、重载的作用下，齿面间的正压力和与之形成的摩擦力都较大，较软一侧的齿面在较硬一侧齿面的推挤作用下，产生局部塑性变形，破坏正确齿形。防止塑性变形的办法是：提高齿面硬度，遵守操作规程。渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则济南职业学院二、齿轮传动的设计准则

分析齿轮传动在不同的工作条件下的失效形式，对应于不同的设计准则，选择相应的设计准则进行设计计算。对一般齿轮传动进行设计计算时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度和保证齿面接触疲劳强度这两种设计准则进行。渐开线标准直齿圆柱齿轮失效分析与设计准则济南职业学院二、齿轮传动的设计准则（2）对于以淬火钢或铸铁等为齿轮材料的闭式硬齿面（齿面硬度>350HBS）齿轮传动，其主要失效是轮齿的折断，其计算准则为：按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮的主要参数，再对所设计出的齿轮进行齿面接触疲劳强度校核。（3）对于开式齿轮传动，其主要失效形式是磨粒磨损和因磨损导致的轮齿折断，计算准则为：按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%，而无需校核接触强度。（1）对于以正火或调质钢为齿轮材料的闭式软齿面（齿面硬度≤350HBS）