齿轮传动案例分析
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齿轮传动案例分析
问题描述： 问题描述：小百度文库轮轴有一齿在联轴器端断裂，前后使用时间 1294h，远未达寿命（按3年连续工作取26280小时）。
长约250mm，最宽处约0.5mm ，最宽处约 长约
（1）电机： P = 1800 KW ， ）电机： n=743rpm； ； （2）减速器速比： i＝4 ）减速器速比： ＝ （3）小齿轮轴长期连续工作； ）小齿轮轴长期连续工作； 中碳合金钢（ 中碳合金钢（40CrMnMo）； ）； 调质HRC 25--28，齿面 调质 ， 中频淬火HRC 45—50 中频淬火 精度： 精度：9-8-8 FH ； 转速： 转速： n = 186 rpm ； 齿宽： 齿宽： b ＝670mm； ； d1= 528.0588 mm； ； 齿轮参数： 齿轮参数： Z1=21, Z2=224； ； u ＝10.7；Mn=25mm ； ； αn＝20° ；β=6.17° ； ° ° 侧隙： 侧隙： 1.60mm～ 2.65mm； ～ ； 斑点： ％，长 斑点：高＞40％，长＞50％。 ％， ％。 非联轴器端31℃ 非联轴器端 ℃，联~40℃ ℃
措施： 措施：调整侧隙，消除偏载，提高接触精度。
材料选择
低碳合金钢，齿面硬度可达58HRC～64HRC，同时避免低碳 钢的不足，齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。 改变齿轮材料为：20Cr2Ni4 、18Cr2Ni4W; 采用渗碳、淬火、 改变齿轮材料 磨齿的加工工艺，可获得较好效果
• 表面强化
齿根、齿面喷丸处理，消除刀痕及磨削产生的残余应力。 齿根、齿面喷丸处理，消除刀痕及磨削产生的残余应力。 喷丸处理
实测齿面硬度达到HRC 43～50，满足设计要求。 实际齿面粗糙度Ra达12以上，沿齿宽方向留有加工刀痕。
小齿轮轴最小直径为Φ300mm，轴弯曲的可能性不大。 图纸要求：小齿轮轴齿顶径向跳动0.05mm； 大齿轮齿顶径向跳动0.09mm。合格
分析
• 宏观分析
两种轮齿折断，表征为裂纹， 两种轮齿折断，表征为裂纹， 疲劳裂纹。 疲劳裂纹。
• 强度校核
设计准则： 设计准则： 经计算弯曲疲劳满足要求。 经计算弯曲疲劳满足要求。 弯曲疲劳满足要求
• 制造因素
毛坯缺陷（ ），热处理 硬度、淬硬层） 热处理（ （1）.毛坯缺陷（铸、锻），热处理（硬度、淬硬层）不 ） 毛坯缺陷 裂纹、内应力。硬度检测、金相分析； 当，裂纹、内应力。硬度检测、金相分析； 切削精度不高（ 超差）， 过大， ），Ra过大 （2）.切削精度不高（Fr、ff超差）， 过大，接触精度 ） 切削精度不高 降低，产生动载荷。粗精加工分开，减小刀具齿形误差。 降低，产生动载荷。粗精加工分开，减小刀具齿形误差。
实测齿圈径向跳动
啮合间隙和齿面接触
侧隙： 侧隙： 非联轴器端2.20mm；联轴器端2.11mm。合格 合格 长度方向70%，合格 合格； 合格 斑点： 斑点： 高度方向：非联轴器端（200mm）40%； 中间部分（270mm）30%； 联轴器端（200mm）50%。 中部不合格
安装调整
设计齿根弯曲强度足够，但是在安装调整过程产生偏载 安装调整过程产生偏载，在 安装调整过程产生偏载 小齿轮轴联轴器端增加附加载荷，加上选材及加工误差 选材及加工误差造成 选材及加工误差 强度降低，造成疲劳裂纹。
• 安装使用
齿轮传动侧隙、接触斑点、中心距、平行度； 齿轮传动侧隙、接触斑点、中心距、平行度； 轴承安装、跑合期、润滑油等。 轴承安装、跑合期、润滑油等。
• 材料选择
冲击、重载选含 等的低碳合金钢 淬火后回火， 低碳合金钢， 冲击、重载选含Ni、Cr等的低碳合金钢，淬火后回火，Ni 提高韧性， 提高韧性，Cr提高淬透性和耐磨性
问题描述： 问题描述：小百度文库轮轴有一齿在联轴器端断裂，前后使用时间 1294h，远未达寿命（按3年连续工作取26280小时）。
长约250mm，最宽处约0.5mm ，最宽处约 长约
（1）电机： P = 1800 KW ， ）电机： n=743rpm； ； （2）减速器速比： i＝4 ）减速器速比： ＝ （3）小齿轮轴长期连续工作； ）小齿轮轴长期连续工作； 中碳合金钢（ 中碳合金钢（40CrMnMo）； ）； 调质HRC 25--28，齿面 调质 ， 中频淬火HRC 45—50 中频淬火 精度： 精度：9-8-8 FH ； 转速： 转速： n = 186 rpm ； 齿宽： 齿宽： b ＝670mm； ； d1= 528.0588 mm； ； 齿轮参数： 齿轮参数： Z1=21, Z2=224； ； u ＝10.7；Mn=25mm ； ； αn＝20° ；β=6.17° ； ° ° 侧隙： 侧隙： 1.60mm～ 2.65mm； ～ ； 斑点： ％，长 斑点：高＞40％，长＞50％。 ％， ％。 非联轴器端31℃ 非联轴器端 ℃，联~40℃ ℃
措施： 措施：调整侧隙，消除偏载，提高接触精度。
材料选择
低碳合金钢，齿面硬度可达58HRC～64HRC，同时避免低碳 钢的不足，齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。 改变齿轮材料为：20Cr2Ni4 、18Cr2Ni4W; 采用渗碳、淬火、 改变齿轮材料 磨齿的加工工艺，可获得较好效果
• 表面强化
齿根、齿面喷丸处理，消除刀痕及磨削产生的残余应力。 齿根、齿面喷丸处理，消除刀痕及磨削产生的残余应力。 喷丸处理
实测齿面硬度达到HRC 43～50，满足设计要求。 实际齿面粗糙度Ra达12以上，沿齿宽方向留有加工刀痕。
小齿轮轴最小直径为Φ300mm，轴弯曲的可能性不大。 图纸要求：小齿轮轴齿顶径向跳动0.05mm； 大齿轮齿顶径向跳动0.09mm。合格
分析
• 宏观分析
两种轮齿折断，表征为裂纹， 两种轮齿折断，表征为裂纹， 疲劳裂纹。 疲劳裂纹。
• 强度校核
设计准则： 设计准则： 经计算弯曲疲劳满足要求。 经计算弯曲疲劳满足要求。 弯曲疲劳满足要求
• 制造因素
毛坯缺陷（ ），热处理 硬度、淬硬层） 热处理（ （1）.毛坯缺陷（铸、锻），热处理（硬度、淬硬层）不 ） 毛坯缺陷 裂纹、内应力。硬度检测、金相分析； 当，裂纹、内应力。硬度检测、金相分析； 切削精度不高（ 超差）， 过大， ），Ra过大 （2）.切削精度不高（Fr、ff超差）， 过大，接触精度 ） 切削精度不高 降低，产生动载荷。粗精加工分开，减小刀具齿形误差。 降低，产生动载荷。粗精加工分开，减小刀具齿形误差。
实测齿圈径向跳动
啮合间隙和齿面接触
侧隙： 侧隙： 非联轴器端2.20mm；联轴器端2.11mm。合格 合格 长度方向70%，合格 合格； 合格 斑点： 斑点： 高度方向：非联轴器端（200mm）40%； 中间部分（270mm）30%； 联轴器端（200mm）50%。 中部不合格
安装调整
设计齿根弯曲强度足够，但是在安装调整过程产生偏载 安装调整过程产生偏载，在 安装调整过程产生偏载 小齿轮轴联轴器端增加附加载荷，加上选材及加工误差 选材及加工误差造成 选材及加工误差 强度降低，造成疲劳裂纹。
• 安装使用
齿轮传动侧隙、接触斑点、中心距、平行度； 齿轮传动侧隙、接触斑点、中心距、平行度； 轴承安装、跑合期、润滑油等。 轴承安装、跑合期、润滑油等。
• 材料选择
冲击、重载选含 等的低碳合金钢 淬火后回火， 低碳合金钢， 冲击、重载选含Ni、Cr等的低碳合金钢，淬火后回火，Ni 提高韧性， 提高韧性，Cr提高淬透性和耐磨性