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1、7-15 轮齿的失效形式及设计准则一、轮齿的失效一、轮齿的失效1 1、轮齿折断、轮齿折断一般发生在齿根部，分一般发生在齿根部，分过载折断过载折断和和疲劳折断疲劳折断（ 弯曲应力大于弯曲疲劳极限时）弯曲应力大于弯曲疲劳极限时）2 2、齿面点蚀、齿面点蚀齿面节线稍下方出现小麻点的现象，多见于润齿面节线稍下方出现小麻点的现象，多见于润 滑良好的闭式齿轮传动中。开式传动中一般看不到滑良好的闭式齿轮传动中。开式传动中一般看不到 点蚀现象。点蚀现象。当齿面接触应力当齿面接触应力 大于材料的接触疲劳极限时。大于材料的接触疲劳极限时。措施：（1）、提高轮齿材料的硬度（2）、采用高粘度的润滑油 。3 3、齿面胶
2、合、齿面胶合常出现在齿面滑动速度较大的齿顶和齿根部位常出现在齿面滑动速度较大的齿顶和齿根部位 。高速重载：。高速重载： 低速重载：低速重载：措施：措施： 1. 1. 提高齿面硬度；提高齿面硬度； 2. 2. 降低表面粗糙度；降低表面粗糙度； 3. 3. 高速传动：用含抗胶合添加剂的润滑油高速传动：用含抗胶合添加剂的润滑油低速传动：用粘度较大的润滑油。低速传动：用粘度较大的润滑油。4 4、齿面磨损、齿面磨损开式传动的主要失效形式。开式传动的主要失效形式。 1 1）磨粒磨损：）磨粒磨损： 措施：措施：采用闭式传动；采用闭式传动；降低表面粗糙度；降低表面粗糙度；保持良好润滑。保持良好润滑。 2 2）
3、跑合磨损）跑合磨损5 5、齿面塑性变形、齿面塑性变形过载严重、起动频繁的传动中软齿面上过载严重、起动频繁的传动中软齿面上二、设计准则二、设计准则保证齿根弯曲疲劳强度和保证齿面接触疲劳强度。闭式齿轮传动:1、软齿面齿轮传动:主要失效形式是：齿面点蚀.按齿面的接触强度进行设计，按齿根的弯曲强度进行校核 。2、硬齿面齿轮传动:主要失效形式是：齿根折断.按齿根的弯曲强度进行设计，按齿面的接触强度进行校核 。开式齿轮传动:主要失效形式是：磨损和弯曲疲劳折断.按齿根弯曲强度进行条件性设计，将计算的模数适当增大 。7-15 轮齿材料及热处理一、齿轮材料应有足够的抗折断、抗点蚀、抗胶一、齿轮材料应有足够的抗折
4、断、抗点蚀、抗胶 合及耐磨损等能力。合及耐磨损等能力。常用的齿轮材料常用的齿轮材料: : 优质碳素钢优质碳素钢 合金结构钢合金结构钢 铸钢铸钢: : 齿轮较大（齿轮较大（400400600600）而轮坯不易锻造）而轮坯不易锻造 铸铁铸铁: : 开式低速传动开式低速传动 非金属材料非金属材料: : 受力较小受力较小, ,高速减噪高速减噪二、常用的热处理方法二、常用的热处理方法 1. 1. 表面淬火表面淬火 中碳钢、中碳合金钢（中碳钢、中碳合金钢（4545、40Cr)40Cr) 2. 2. 渗碳淬火渗碳淬火渗碳钢（渗碳钢（2020，20Cr)20Cr) 3. 3.渗氮渗氮难以磨齿的场合，如内齿轮难
5、以磨齿的场合，如内齿轮二、常用的热处理方法二、常用的热处理方法 4. 4. 调质调质中碳钢、中碳合金钢（中碳钢、中碳合金钢（4545、4040CrCr、35SiMn)35SiMn) 5. 5. 正火正火中碳钢正火：机械强度要求不高的中碳钢正火：机械强度要求不高的铸钢正火：大直径齿轮铸钢正火：大直径齿轮注：当大小齿轮都是软齿面，小齿轮齿面硬度比大注：当大小齿轮都是软齿面，小齿轮齿面硬度比大 齿轮高齿轮高HB20-50HB20-50。当大小齿轮都是硬齿面，小齿轮齿面硬度比大当大小齿轮都是硬齿面，小齿轮齿面硬度比大 齿轮略高，或与大齿轮相等。齿轮略高，或与大齿轮相等。7-16 齿轮传动的精度国标规定
6、了渐开线圆柱齿轮和圆锥齿轮精度标准国标规定了渐开线圆柱齿轮和圆锥齿轮精度标准 的的1212个精度等级：个精度等级： 其中：其中： 1 1级精度最高，常用级精度最高，常用6 69 9级精度级精度误差对传动的影响：误差对传动的影响： 1. 1. 传递运动的准确性；传递运动的准确性； 2. 2. 传动的平稳性；传动的平稳性； 3. 3. 载荷分布的均匀性。载荷分布的均匀性。7-17 直齿圆柱齿轮的作用力及计算载荷一、轮齿上的作用力一、轮齿上的作用力 1. 1. 大小大小2. 2. 方向方向 圆周力：圆周力：“ “主反从同主反从同” ” 径向力：由作用点指向轮心。径向力：由作用点指向轮心。二、计算载荷
7、二、计算载荷K K载荷系数载荷系数 KFKFn n计算载荷，大于名义载荷计算载荷，大于名义载荷F Fn n7-18 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算点蚀与齿面接触应力有关。点蚀与齿面接触应力有关。K- K- 载荷系数载荷系数Z ZE E-弹性系数，用于考虑配对齿轮材料的弹性模弹性系数，用于考虑配对齿轮材料的弹性模 量和泊松比对接触应力的影响；量和泊松比对接触应力的影响；Z ZHH-节点区域系数，用于考虑节点处齿面形状对节点区域系数，用于考虑节点处齿面形状对 接触应力的影响；接触应力的影响；一对钢制标准齿轮传动的强度条件：一对钢制标准齿轮传动的强度条件：N/mmN/mm2 2注意：一对齿轮啮合
8、时，两齿面上的接触应力注意：一对齿轮啮合时，两齿面上的接触应力 HH 是相等的；但两轮材料不等时，是相等的；但两轮材料不等时， HH不同，强不同，强 度计算时应将小值代入计算度计算时应将小值代入计算 许用接触应力：许用接触应力：11-6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算进行齿根弯曲应力计算时进行齿根弯曲应力计算时 ， 1. 1. 将轮齿视为宽度为齿宽将轮齿视为宽度为齿宽b b的的 悬臂梁；悬臂梁； 2. 2. 假定全部载荷由一对轮齿假定全部载荷由一对轮齿 来承担，且载荷作用在齿顶来承担，且载荷作用在齿顶 ； 3. 3. 其危险截面可用其危险截面可用3030 切线法切线法 确定：确定：作与轮齿
9、对称中心线成作与轮齿对称中心线成3030 夹角并与齿根圆角相切的斜夹角并与齿根圆角相切的斜 线，两切点的连线就是危险线，两切点的连线就是危险 截面，危险节面处齿厚为截面，危险节面处齿厚为S SF F轮齿的折断与弯曲应力有关。轮齿的折断与弯曲应力有关。S SF F 、h hF F 均与均与mm成成正比，正比，Y YF F只与齿形中的尺寸比例有只与齿形中的尺寸比例有 关，而与模数关，而与模数mm无关。对无关。对 齿廓参数一定的渐开线标齿廓参数一定的渐开线标 准齿轮仅决定于准齿轮仅决定于齿数齿数( (z z, , z zv v) )。齿形系数齿形系数Y YF F危险截面：危险截面：轮齿弯曲强度的校核
10、公式：轮齿弯曲强度的校核公式：引入齿宽系数，可得轮齿弯曲强度的设计公式引入齿宽系数，可得轮齿弯曲强度的设计公式 ：注意：注意： 1. 1. 一对齿轮啮合时，上式应代入一对齿轮啮合时，上式应代入 两比值中的较大值，两比值中的较大值， 算得的算得的mm应圆整为标准值。应圆整为标准值。许用应力1.齿面许用应力 表7-5 一般SH=1或SH=1.25 齿根许用弯曲应力 表7-5 一般SH=1或SH=1.5注注意：意： 1. 1. 齿数和模数：齿数和模数：z z1 1=2040,=2040,动力齿轮的模数不宜小动力齿轮的模数不宜小 于于1.51.52 mm,2 mm,以免短期过载时发生轮齿折断；在以免短
11、期过载时发生轮齿折断；在 满足弯曲强度的条件下，可适当选取较多的齿数满足弯曲强度的条件下，可适当选取较多的齿数 。因齿数增多齿轮工作平稳；在中心距一定时，。因齿数增多齿轮工作平稳；在中心距一定时， 齿数增多则模数减少，还能减少加工工时和提高齿数增多则模数减少，还能减少加工工时和提高 加工精度。加工精度。 2. 2.齿宽：软齿面齿宽：软齿面: : 对称对称 d d=0.8-1.4=0.8-1.4非对称非对称d d=0.6-1.2=0.6-1.2悬臂悬臂d d=0.3-1.4=0.3-1.4硬齿面：取软齿面的一半硬齿面：取软齿面的一半3. 3. 齿数比：直齿齿数比：直齿 u u55斜齿斜齿u u8
12、8 4.4.载荷系数：载荷系数：K=1-1.8K=1-1.811-7 斜齿圆柱齿轮传动一、 轮齿上的作用力11-8 直齿圆锥齿轮传动一、 轮齿上的作用力二、 强度计算11-9 齿轮的构造一、 锻造齿轮二、 铸造齿轮mm1、 齿轮轴：da与轴径相差不大的齿轮;2、实心式：3、腹板式：或 但形状复杂、不便于锻 造时采用铸造毛坯时，采用轮辐式实心式腹板式轮辐式11-10 齿轮传动的润滑和效率一、 润滑二、 效率齿轮传动的平均效率要计入以下损耗： 1.啮合中的摩擦损耗； 2.搅动润滑油的油阻损耗； 3.轴承中的摩擦损耗。开式传动：人工定期加润滑油，开采用油脂； 闭式传动：润滑方式主要取决于齿轮的圆周速度；油池润滑：v12m/s油池润滑采用惰轮的油池润滑喷油润滑
