齿轮的失效形式.ppt
合集下载
齿轮传动课件
校核式
设计式
H 668
(u 1)3 KT1 ubd12
[ H ]
d1
76.433
KT1(u 1)
du H 2
1）公式中，“+”用于外啮合， “－”用于内啮合。 2）由于一对齿轮啮合时， σ H1= σ H2，但[σ H]1≠ [σ H]2，故应将两者中的较小值代 入公式。
机械设计基础
齿根弯曲疲劳强度计算
3）由于大、小齿轮的比值YF/ [σ F]可能不同，进行设计计 算时，应将两者中的较大值代入设计公式，并将求得的m后圆整 成标准值；
机械设计基础
直齿圆柱齿轮传动设计
直齿圆柱齿轮传动的设计计算步骤
1．闭式软齿面齿轮传动（硬度≤350 HBW） 1）选择齿轮材料、热处理方式、精度等级及计算许用应力； 2）合理选择齿轮参数，按接触疲劳强度设计公式算出小齿 轮分度圆直径； 3）计算齿轮的主要尺寸； 4）校核所设计的齿轮传动的弯曲疲劳强度； 5）确定齿轮的结构尺寸； 6）绘制齿轮的工作图。
设计时应根据工作条件、尺寸大小、毛坯制造及热处理方法等 因素综合考虑后选用。
齿面硬度差
热处理后的齿轮表面可分为软齿面（齿面硬度≤350HBS） 和硬齿面（齿面硬度>350HBS）两种。调质和正火后的齿面 一般为软齿面，表面淬火后的齿面为硬齿面。当大、小齿轮均 为软齿面时，由于单位时间内小齿轮应力循环次数多，为了使 大、小齿轮的寿命接近相等，推荐小齿轮的齿面硬度比大齿轮 高30~50HBS，或更高一些。传动比越大，齿面硬度差就应该 越大。当大、小齿轮均为硬齿面时，硬度差宜小不宜大。
机械设计基础
计算载荷
Fnc KFn
式中， K为载荷系数，用以考虑以下因素影响：
1）原动机和工作机的动力特性、轴和联轴器系统的质量和 刚度，以及运行状态等外部因素引起的附加动载荷。
齿轮传动的失效形式
③防止措施： 防止措施： a合理润滑 合理润滑 b提高齿面硬度 提高齿面硬度
⑷齿面胶合
①部位：齿面沿相对滑动方向 部位：
1 齿轮传动的失效形式
⑴ 轮齿折断 ⑵ 齿面磨损 ⑶ 齿面点蚀 ⑷ 齿面胶合
⑸ 轮齿塑性变形
⑴轮齿折断
①部位：一般发生在齿根部位 部位：
②原因： 原因： a 轮齿在多次重复载荷作用下，齿根处弯曲拉应力过大，再 轮齿在多次重复载荷作用下，齿根处弯曲拉应力过大， 加上齿根处易应力集中，从而发生疲劳折断。（疲劳折断） 。（疲劳折断 加上齿根处易应力集中，从而发生疲劳折断。（疲劳折断） b 短期过载或过大的冲击载荷作用时齿根静强度不足，或轮 短期过载或过大的冲击载荷作用时齿根静强度不足， 齿磨损后强度削弱正常载荷作用下折断。（过载折断） 。（过载折断 齿磨损后强度削弱正常载荷作用下折断。（过载折断）
⑵面磨损
①部位：工作面 部位：
②原因： 原因： a润滑不良 润滑不良 b磨料落入工作面 磨料落入工作面
防止措施： ③ 防止措施： a 改开式为闭式 b 改善润滑条件 c 提高齿面硬度 d 减小齿面粗糙度
⑶齿面点蚀
①部位：靠近节线的齿根面上 部位：
②原因： 原因： a 在节线处，一对齿啮合，接触应力大 在节线处，一对齿啮合， b 在节线处，相对滑动速度低、不易形成油膜 在节线处，相对滑动速度低、
③ 提高轮齿抗疲劳断裂能力的措施： 提高轮齿抗疲劳断裂能力的措施： a 适当增大齿根过度圆角半径，消除加度工刀痕，减小 适当增大齿根过度圆角半径，消除加度工刀痕， 应力集中。 应力集中。 b 合理提高齿轮制造精度和安装精度。 合理提高齿轮制造精度和安装精度。 c 正确选择材料和热处理工艺，使轮齿芯部材料具有足 正确选择材料和热处理工艺， 够的韧性。 够的韧性。 d 采取喷丸、滚压等措施强化齿根齿面。 采取喷丸、滚压等措施强化齿根齿面。 e 考虑传动整体，主要指刚度。增大轴及支承的刚度， 考虑传动整体，主要指刚度。增大轴及支承的刚度， 使轮齿接触线上受载较为均匀。 使轮齿接触线上受载较为均匀。
机械设计基础第七章齿轮传动
§7-7 直齿圆锥齿轮传动的强度计
算 方向： Ft——主反从同
Fr——指向各自的轴线
一、直F齿a—圆—锥指齿向轮大传端 动的受力分析
Fr1 Fa2
Fa1 Fr 2
Ft1=-Ft2
二、强度计算
1、齿面接触强度的计算 2、齿根弯曲强度的计算
P120
§7-8 蜗杆传动强度计算
一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料
2T1 d1
Fa2
பைடு நூலகம்Ft 2
2T2 d2
Fa1
Fr1 Fr2 Ft2tg
力的方向和蜗轮转向的判别
蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向
圆周力
Ft——主反从 同
径向力
Fr——指向各自 的轴线
轴向力 Fa1——蜗杆左右
手螺旋定则
三、蜗杆传动强度计算
1、蜗轮齿面接触强度的计算 2、蜗轮齿根弯曲强度的计算
（2）铸钢 用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除 铸造应力。 强度稍低 。
2、铸铁 脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差， 但抗胶合和点蚀能力较强，用于工作平 稳、低速和小功率场合。
常用铸铁：灰铸铁；球墨铸铁（有较好
的机械性能和耐磨性 ）
3、非金属材料——工程塑料（ABS、尼 龙）、夹布胶木
适于高速、轻载和精度不高的传动中， 特点是噪音较低，无需润滑；
四、蜗杆传动热平衡计算
1、原因 效率低，发热大，温升高，润滑油粘度 下降润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损 和胶合。
2、冷却措施 加散热片以增大散热面积；风扇；
冷却水管；循环油冷却
§7-9 齿轮、蜗杆和蜗轮的构造 一、结构
1、齿轮轴 2、实体式 3、辐板式(孔板式) 4、轮辐式 5、镶圈齿轮
《齿轮传动设计》PPT课件
三、渐开线齿轮的啮合特性
渐开线齿轮符合齿廓啮合基本定 律,即能保证定传动比传动 由齿廓啮合基本定律知
i12
1 2
O2P O1P
❖ 由渐开线性质知,
❖ 啮合点公法线与二基圆内公切
线重合
N2
❖ 二基圆为定圆,N1N2为定直线, 则节点P为定点
i12 12
O2Pr2'rb2 O1P r1' rb1
co
n. st
机械设计基础 ——齿轮传动
例题2
❖已知:一渐开线直齿圆柱齿轮,用卡尺测量出齿顶圆直径 da=208mm, 齿根圆直径df=172mm, 数得齿数z=24.
❖求：该齿轮的模数m,齿顶高系数ha*和顶隙系数c*
解:
da(z2ha *)m208 mm
df(z2h a *2c*)m 17m 2 m
m 8 mm
O1
1 rb1
P K’
N1 K
C１
C２
2 rb2
O2
机械设计基础 ——齿轮传动
三、渐开线齿轮的啮合特性
机械设计基础 ——齿轮传动
5-4 渐开线标准齿轮的基本尺寸
一、外齿轮 二、内齿轮 三、齿条
机械设计基础 ——齿轮传动
一、外齿轮
1 各部分名称和符号 2 基本参数 3 几何尺寸 4 例题
机械设计基础 ——齿轮传动
h
* a
1
c
*
0 .25
正常齿: 短齿:
m 1mm h a *1,c*0.25 m 1mm h a *1,c*0.35
ha*0.8,c*0.3
机械设计基础 ——齿轮传动
例题3
❖已知: 法向距离〔即公法线长度〕分别为 :W3 = 61.84mm,
齿轮传动的失效形式和齿轮材料
返回
机械设计基础
Machine Design Foundation
齿轮传动的失效形式和齿轮材料
铸钢的耐磨性和强度均较好，用于制造直径较大、形状复杂、 不易锻造的齿轮。
铸铁的抗冲击能力较差、强度较低，主要用于制造在低速、平 稳、小功率条件下工作，对尺寸和重量无严格要求的开式齿轮。
返回
机械设计基础
齿轮毛坯若采用锻钢，按热处理方式的不同，可分为两类： 1．正火或调质钢齿轮 采用经正火或调质处理后的锻钢切齿而成，因齿面硬度不超过 350HBS，故称为软齿面齿轮，常用于对齿轮的尺寸和精度要求不高 的传动中。由于小齿轮轮齿的啮合次数比大齿轮多，为使大小齿轮的 寿命接近相等，对软齿面齿轮，推荐小齿轮的齿面硬度比大齿轮高 30~50HBS。 2．表面硬化钢和调质钢齿轮 锻钢切齿后经表面淬火、渗碳淬火、氮化等表面硬化处理，由 于热处理变形较大，一般要经磨齿等精加工。因齿面硬度超过 350HBS，故称为硬齿面齿轮，其承载能力高于软齿面齿轮，常用于 高速、重载、精密的齿轮传动中。随着硬齿面齿轮加工技术的发展， 软齿面齿轮将有可能被硬齿面齿轮所取代。
机械设计基础
机械设计基础
Machine Design Foundation
1.1 齿轮传动的失效形式
齿轮传动的失效形式和齿轮ຫໍສະໝຸດ 料返回机械设计基础
Machine Design Foundation
齿轮传动的失效形式和齿轮材料
1.2 齿轮材料
制造齿轮的材料主要是锻钢，其次是铸钢、铸铁，有时也采用 粉末合金、有色金属及非金属材料。
《机械设计基础》教学课件主题10 齿轮传动
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
1、轮齿折断 轮齿就好像一个悬臂梁，在外载荷作用下，在其轮齿根部产生的 弯曲应力最大。同时，在齿根部位过渡尺寸发生急剧变化，以及加工时 沿齿宽方向留下加工刀痕而造成应力集中的作用，当轮齿重复受载，在 脉动循环或对称循环应力作用下，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时，在齿 轮根部会产生疲劳裂纹，如图（a）所示。随着裂纹的逐步扩展，最终 引起断裂，如图（b）所示。
轮齿折断都是其弯曲应力超过了材料相应的极限应力，是最危险 的一种失效形式。一旦发生断齿，传动立即失效。
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
2、齿面点蚀 在润滑良好的闭式齿轮传动中，由于齿面材料在交变接触应力 作用下，因为接触疲劳产生贝壳形状凹坑（麻点）的破坏形式称为点 蚀。点蚀也是常见的一种齿面破坏形式。齿面上最初出现的点蚀随材 料不同而不同，一般出现在靠近节线的齿根面上，如图所示，最初为 细小的尖状麻点。当齿面硬度较低、材料塑性良好，齿面经跑合后， 接触应力趋于均匀，麻点不再继续扩展，这是一种收敛性点蚀，不会 导致传动失效。但当齿面硬度较高、材料塑性较差时，点蚀就会不断 扩大，这是一种破坏性点蚀，是一种危险的失效形式。
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
3、齿面胶合 对于某些高速重载的齿轮传动（如航空发动机的主传动齿轮）， 齿面间的压力大，瞬时温度高，油变稀而降低了润滑效果，导致摩擦增 大，齿面温度升高，将会使某些齿面上接触的点熔合，焊在一起，在两 齿面间相对滑动时，焊在一起的地方又被撕开。于是，在齿面上沿相对 滑动的方向形成伤痕，如图所示，这种现象称为胶合。
机械设计基础
主题10 齿轮传动
单元1 单元2 单元3 单元4 单元5 单元6
齿轮零件常见失效形式
齿轮零件常见失效形式齿轮常见的失效形式有四种：齿面磨损、齿面疲劳、轮齿断裂、齿面塑性变形。
(1)齿面磨损齿轮传动中润滑不良、润滑油不洁等均可造成磨损或划痕。
磨损可分为磨粒磨损、划痕、腐蚀磨损和胶合等。
①磨粒磨损与划痕：当润滑油不洁，含有杂质颗粒，或在开式齿轮传动中的外来砂粒，或在摩擦过程中产生的金属磨屑，都可以产生磨粒磨损与划痕。
这些外界的硬质微粒，开始先嵌入一个工作表面，然后以微量切削的形式，从另一个工作表面挖去金属的细小微粒或在塑性流动下引起变形。
通常情况下齿顶、齿根部摩擦较节圆部严重，这是因为啮合过程中节圆处为滚动接触，而齿顶、齿根处为滑动接触。
②腐蚀磨损：由于润滑油中的一些化学物质如酸、碱或水等污染物与齿面发生化学反应造成金属腐蚀而导致齿面损伤。
③烧蚀：烧蚀是由于过载、超高速、润滑不当或不充分引起的齿面剧烈磨损，由磨损引起局部高温，这种温度升高足以引起色变和过时效，或使钢的几微米厚度表面层重新粹火，出现白层。
④齿面胶合：大功率软齿面或高速重载的齿轮传动，当润滑条件不良时产生齿面胶合现象，一个齿面上的部分材料胶合到另一齿面上，因而在此齿面上留下坑穴，在后续的啮合传动中，这部分胶合上的多余材料很容易造成其他齿面的擦伤沟痕，形成恶性循环。
(2)齿面疲劳所谓的齿面疲劳主要包括齿面点蚀与剥落，是由于材料的疲劳引起的。
当工作表面承受交变应力的作用时，会在齿面引起微观疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，由于啮合过程可能先封闭入口然后挤压，微观疲劳裂纹内的润滑油在高压下使裂纹扩展，结果小块金属从齿面上脱落留下一个小坑，形成点蚀。
如果表面的疲劳裂纹扩展较深、较远或一系列小坑由于坑间材料失效时连接起来，造成大面积或大块金属脱落，这种现象则称为剥落。
实验表明，在闭式齿轮传动中，点蚀是非常普遍的破坏形式，在开式齿轮传动中，由于润滑不够充分以及进入污物的可能性增多，磨粒磨损总是先于点蚀磨损。
(3)轮齿断裂齿轮副在啮合传动时，主动轮的作用力和从动轮的反作用力都是通过接触点分别作用在对方的轮齿上，危险的情况下是接触点某一瞬间位于轮齿的齿顶部，此时轮齿如同一个悬臂梁，受载后齿根处产生的弯曲应力为最大，若因突然过载或冲击过载，很容易在齿根部产生过负荷断裂，即使不存在冲击过载的受力H况，当轮齿重复受载后，由于应力集中现象，也易产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿在齿根处产生疲劳断裂。
《机械设计基础》课件 第11章 齿轮传动
H
2
bd1
u
Zβ cos
32
§11-8 斜齿圆柱齿轮传动
2 KT1
F
YFaYSa F
bd1mn
2 KT1 YFaYSa
2
mn 3
cos
2
d z1 F
z
zv
3
cos
33
§11-9 直齿圆锥齿轮传动
34
§11-9 直齿圆锥齿轮传动
35
轴向力：
Fa Ft tan
29
§11-8 斜齿圆柱齿轮传动
力的方向：
圆周力t ：主动轮与运动方向相反，
从动轮与运动方向相同
径向力r ：两轮都是指向各自的轴心
轴向力a ：主动轮的左（右）手法则
30
根据主动轮轮齿的齿向（左旋或右旋）伸左手或右手，四指
沿着主动轮的转向握住轴线，大拇指所指即为主动轮所受的
轮齿会变形，需要磨齿。
二、主要参数
1. 齿数比：一般≤7，同要求的传动比误差≤ (3~5)%
2. 齿数：一般z1>17
3. 齿宽：过大，宽度方向载荷分布不均匀
28
§11-8 斜齿圆柱齿轮传动
一、轮齿上的作用力
轮齿所受总法向力
可分解为：
2T1
圆周力：Ft
d1
Ft tan n
径向力：Fr
cos
开式传动的主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳
折断。
由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对
其进行抗弯曲疲劳强度计算，并采用适当加大（10%～20%）
模数（或降低许用弯曲应力）的方法来考虑磨粒磨损。
第十节齿轮传动的失效形式和设计准则
进行校核。
设计准则
2、开式传动
齿面磨损为其主要失效形式，故 通常只按弯曲疲劳强度进行设计，再 将计算确定的模数m增大10%的办法， 来考虑磨粒磨损对轮齿强度削弱的影 响,而无需校核接触强度。
措施
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。
失效形式
3、齿面胶合 齿面间压力大，润滑油膜不易建立，齿面金属直接接触，出 现粘焊现象。
重载齿轮传动中，由于齿面间压力很大，润滑油膜不容易 建立或容易破坏，造成齿面金属直接接触，出现粘焊现象，随 着齿面间的相对滑动，较软的齿面被撕出与滑动方向一致的沟 痕，即为胶合。胶合处产生局部瞬时高温，加剧粘焊程度，引 起齿廓破坏。
第十节 齿轮传动的失效形式和设计准则
一、失效形式
1、轮齿折断 2、齿面点蚀 3、齿面胶合 4、齿面磨损 5、塑性变形
失效形式
1、轮齿折断
弯曲疲劳折断 过载折断
常见的是弯曲疲劳折断， 轮齿像一个悬臂梁，受载后齿 根处产生的弯曲应力最大，而 且有应力集中，轮齿在啮合时 受力、脱开时不受力，轮齿受 变应力的反复作用，齿根处产 生疲劳裂纹，并逐渐扩大，导 致轮齿疲劳折断。
失效形式
5.塑性变形
从动轮
主动轮
当轮齿材料较软，载荷及摩擦力很大，轮齿在啮合过程中齿面表层的材料 就会沿着摩擦力方向产生塑性变形。由于主动轮上所受的摩擦力是背节线分别 朝向齿顶及齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面沿节线处形成凹沟。
主动齿轮齿面所受摩擦力背离节线，齿面在节线附近下凹；从动齿轮齿面 所受摩擦力指向节线，齿面在节线附近上凸。
疲劳裂纹
措施
提高轮齿抗折断能力的措施：增大齿根 圆角半径，消除加工刀痕以降低齿根应力 集中；增大轴及支承物的刚度以减轻局部 过载的程度；对轮齿进行表面处理以提高 触应力产生的点状疲劳脱落现象 振动和噪声加剧
齿轮轮齿的失效形式
传动中，由于靠近节线的齿顶表面处相 对速度大，因此胶合常发生在该部位。
图3 齿面胶合
防止胶合产生的方法：
（1）对于低速传动，可采用黏度大的润滑油。 （2）对于高速传动，则可采用硫化润滑油，使 其较牢固地吸附在齿面上而不易被挤掉。 （3）提高齿面的硬度和减小齿轮表面的粗糙度， 以及两齿轮选择不同材料均可减少胶合的发生。
四、轮齿折断
齿轮轮齿在传递动力时，相当于一根悬臂梁。在 齿根处受到的弯曲应力最大，且在齿根的过渡圆角处具 有较大的应力集中，传递载荷时，轮齿在交变载荷的不 断作用下，在轮齿根部的应力集中便会产生疲劳裂纹。 随着重复次数的增加，裂纹逐渐扩展，直至轮齿折断。 这种折断称为“疲劳折断”。如图4。 此外，用脆性较大的材料（如铸铁、淬火钢等） 制成的齿轮，由于材料在受到短时过载或过大的冲击载 荷时，常会引起轮齿的突然折断。这种折断称为“过载 折断”。
图5
齿面的塑性变形破坏了齿廓的形状，导致 齿轮轮齿失效。提高齿面硬度和采用黏度较高 的润滑油，有利于防止或减轻齿面的塑性变形。
小结：
常见轮齿的失效形式： 1、齿面点蚀 2、齿面磨损 3、齿面胶合 4、轮齿折断 5、齿面塑性变形
作业：
P72 习题19
产生齿面磨损的主要原因：
1、齿轮在传动过程中，工作齿面间有相对滑 动。 2、齿面不干净，有金属微粒、尘埃、污物等 进入轮齿啮合区域，引起磨料性磨损。 3、润滑不好。 齿面磨损是润滑条件不好、易受灰尘及 有害物质侵袭的开式齿轮传动的主要失效 形式之一。
减少齿面磨损的措施：
1、尽可能采用润滑条件良好的闭式传动。 2、同时提高齿面硬度 3、减小齿轮表面粗糙度值
实践表明，点蚀多发生在靠近节线的齿 根表面处，如图1所示：
齿轮传动PPT课件
（二）直齿圆柱齿轮的基本参数
决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有5个： 齿轮的模数 m、 压力角、 齿数 z、 齿顶高系数ha* 顶隙系数c*。以上5个参数，除齿数 z 外均已标准化了。
1.模数m
分度圆上的周节 p 对 的比值称为模数，用m（mm）表示，即： m= p/ （3－37） 模数是齿轮几何尺寸计算的基础。显然，m越大，则 p越大，轮齿就越大，轮齿的抗弯曲能力也越高。 我国已规定了标准模数系列。
2．齿面磨损
齿面磨损主要是由于灰砂、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损；其次是因齿面互相摩擦而产生的跑合性磨损。磨损后齿廓失去正确形状（图3－42），使运转中产生冲击和噪声。
齿面点蚀
轮齿工作时，其工作表面产生的接触压应力由零增加到一最大值，即齿面接触应力是按脉动循环变化的。在过高的接触应力的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑，即疲劳点蚀，继续发展以致轮齿啮合情况恶化而报废。 实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处（图3－43）。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。
（三）标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸关系
模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均取标准值，分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。因此，对于标准齿轮有： s＝e＝p/2=m/2 （3－39） 分度圆直径d、齿顶圆直径da 和齿根圆直径df的计算式为： d =zm (3－40) da =d+2ha=2ha*+z (3－41) df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m (3－42)
第七节 齿轮轮齿的失效形式
齿轮最重要的部分为轮齿。它的失效形式主要有四种： 轮齿折断 齿面磨损 齿面点蚀 齿面胶合
决定齿轮尺寸和齿形的基本参数有5个： 齿轮的模数 m、 压力角、 齿数 z、 齿顶高系数ha* 顶隙系数c*。以上5个参数，除齿数 z 外均已标准化了。
1.模数m
分度圆上的周节 p 对 的比值称为模数，用m（mm）表示，即： m= p/ （3－37） 模数是齿轮几何尺寸计算的基础。显然，m越大，则 p越大，轮齿就越大，轮齿的抗弯曲能力也越高。 我国已规定了标准模数系列。
2．齿面磨损
齿面磨损主要是由于灰砂、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损；其次是因齿面互相摩擦而产生的跑合性磨损。磨损后齿廓失去正确形状（图3－42），使运转中产生冲击和噪声。
齿面点蚀
轮齿工作时，其工作表面产生的接触压应力由零增加到一最大值，即齿面接触应力是按脉动循环变化的。在过高的接触应力的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑，即疲劳点蚀，继续发展以致轮齿啮合情况恶化而报废。 实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处（图3－43）。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。
（三）标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸关系
模数、压力角、齿顶高系数及顶隙系数均取标准值，分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮称为标准齿轮。因此，对于标准齿轮有： s＝e＝p/2=m/2 （3－39） 分度圆直径d、齿顶圆直径da 和齿根圆直径df的计算式为： d =zm (3－40) da =d+2ha=2ha*+z (3－41) df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m (3－42)
第七节 齿轮轮齿的失效形式
齿轮最重要的部分为轮齿。它的失效形式主要有四种： 轮齿折断 齿面磨损 齿面点蚀 齿面胶合
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n1
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 P、T、Fn 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
i d1 sin ia sin
由于节点处只有一对齿啮 合，所以载荷由一对齿承担：
Fn
Ft
cos
2T1
d1 cos
齿面接触强度条件：
许用接触 应力
H 335
(u 1)3 KT1 uba2
[ H ]
MPa
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。
算载荷。 如 Pc、Tc、Fnc 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11—3查取。
5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算
齿轮强度计算的主要目的是避免失效。 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。 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。
一、齿轮材料
金属材料
45号钢 中碳合金钢 低碳合金钢 铸钢 铸铁
最常用，经济、货源充足 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
什么叫失效？
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。
齿 闭式传动 —封闭在箱体内，润滑条件好
轮 开式传动 —外露，润滑较差，易磨损
传 动
半开式传动 —介于上两者之间,有防护罩
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。
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：
H
工作时的接 触应力
1
F n
1
112
b E1
1
2
1 22
E2
负号用于 内接触
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
2 齿轮材料及热处理
一、齿轮材料 二、热处理
齿轮传动
本章要求 1 齿轮的失效形式 2 齿轮材料及热处理 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
5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 7 齿轮的构造 8 齿轮传动的润滑和效率
4-5渐开线齿轮失效形式
本节要求
掌握齿轮的失效形式、形成的机理及措施。
取齿宽系数 a
b a
,
可得
齿面接触强度的设计公式：
a (u 1)3 ( 335 )2 KT1
[ H ] au mm
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。
a (u 1)3 ( 335 )2 KT1
[ H ] au
齿宽系数ψa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。
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（HBS≤350）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
齿轮毛坯锻造—选可锻材料；铸造—选可铸材料
二、热பைடு நூலகம்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 齿面硬度HBS≤350
硬齿面。接触强度高、耐磨性好、可抗冲击 齿面硬度HBS350
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30~40HBS）
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 T1 作用下，主动轮齿沿啮合线受到来自 从动轮齿的法向力 Fn1 作用。 由于直齿圆柱齿轮法面与端 面重合，因此，Fn1 作用在端面内，可分解成圆周力 Ft1 和
径向力 Fr1 。
Ft1 = 2000T1
d1
Fr1 = Ft1tan
Fn1
Ft1
cos
各作用力方向判断
①各力关系：作用在主动轮和从 动轮上的对应力等值反向 ，即
Fr1 = Fr2
Ft1 Ft2
② 各力的方向： 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
例：
n2 Fr2 2
Ft2 1
n1 Fr1
n2
Ft1
注意：
各力应 画在啮 合点上！
§11—3 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11—2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
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：
1
N1C
d1 2
sin
2
N 2C
d2 2
sin
令
d2 / d1 z2 / z1 u
则有
2a d1 i 1
1 1 2 1 2(d2 d1 ) 1 21 12 d1d2 sin
i 1 2 (i 1)2
轻型减速机取ψa=0.2~0.4；中型减速机取 ψa=0.4~0.6；重型减速机取ψa=0.8。