斜齿圆柱齿轮传动的强度计算齿面接触疲劳强度计算
合集下载
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)。
按齿面硬度分
软齿面（≤350HB），硬齿面（>350HB）
12.1.3 基本要求 传动平稳，承载能力高。
12.2 齿轮传动的主要参数
12.2.1 主要参数
基本齿廓 模数 中心距 传动比、齿数比 齿数比为齿轮传动中的大齿轮齿 数与小齿轮齿数之比。 变位系数
12.2.2 精度等级的选择 12个精度等级 1~2级为待发展的精度等级， 3~5级为高精度等级， 6~8级为中等精度等级，9~12级为低精度等级。 三个公差组
齿轮传动在不同工况下的主要失效形式 齿面点蚀
闭式传动齿轮的主要失效形式，特别是在软齿面 （硬度<350HB）上更容易产生，在一般的硬齿 面（如表面淬火，特别是热处理硬度不均匀时） 上也容易产生。
轮齿折断
（1）闭式传动中的极硬齿面（硬度HRC>58，如 渗碳淬火、氮化等）； （2）短期过载或受严重冲击齿轮。 齿面磨粒磨损
齿面要硬，齿芯要韧。
45号钢 最常用，经济、货源充足
中碳合金钢 35SiMn、40Cr等
金属材料 低碳合金钢 20Cr、20CrMnTi等
铸钢
ZG310-570、ZG340-640等
铸铁 HT350、Qwk.baidu.com600-3等
非金属材料
尼龙、夹木胶布等
选材原则
1）满足工作条件的要求； 2）考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型热 处 理和制造方法； 3）考虑经济性； 4）考虑配对齿轮等强度。
12.6 圆柱齿轮传动的载荷计算 12.6.1 直齿圆柱齿轮传动的受力分析
条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力
圆周力— Ft 2T1 / d1 径向力小—齿轮转F矩r Ft tg小齿轮分 法向力—N.m Fn Ft / co度s 圆直径
分度圆
注意：下标“1”表压示力主角动轮
第一公差组 考虑运动准确性
第二公差组 考虑传动平稳性
第三公差组 考虑载荷分布均匀性
12.3 齿轮传动的失效形式 按装置形式 开式、半开式、闭式； 按使用情况 低速、高速、轻载、重载； 按齿轮材料的性能及热处理工艺的不同 轮齿
有较脆、较韧 齿面有较硬、较软。
失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、 齿面磨损、齿面塑性变形。
12.3.2 齿面接触疲劳磨损（点蚀） 点蚀常发生于闭式软齿面（HB≤350）传动中 点蚀首先出现在节线附近的齿根表面上
点蚀的形成与润滑油的存在密切相关 收敛性点蚀，扩展性点蚀。
总结：轮齿工作时齿面受脉动循环变化的接触应 力，在接触应力的反复作用下，当最大接触应力 超过材料的许用接触应力时，齿面就出现疲劳裂 纹，并由于有润滑油进入裂纹，将产生很高的油 压，促使裂纹扩展，最终形成点蚀。
开式齿轮传动的主要失效形式。
齿面胶合
闭式传动的高速重载齿轮产生热胶合；低速重载 齿轮产生冷胶合。 齿面塑性流动
软齿面（如正火齿轮）低速重载、频繁起动和 过载传动齿轮。
12.3.6 计算准则
主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式
齿根弯曲疲劳强度—齿轮抵抗轮齿疲劳折断 的 齿能面力接触疲劳强度—齿轮抵抗齿面疲劳点蚀 的能力
12.3.1轮齿折断
疲劳折断 过载折断
起始于轮齿受拉应力一侧
措施：增大齿根圆角半径、增大轴及轴承的刚度、 使轮芯具有足够的韧性、提高齿面硬度、减小齿 面粗糙度、增大模数、对齿根进行喷丸或碾压等 强化处理等。
总结
齿根弯曲疲劳折断（轮齿折断）轮齿在变应力 作用下，齿根受载大；又由于在齿根圆角处产 生应力集中，轮齿长期工作后，当危险截面的 弯曲应力超过材料的许用弯曲应力时，齿根出 现疲劳裂纹，裂纹扩展后产生齿根断裂。由于 轮齿材料对拉应力敏感，故疲劳裂纹往往从齿 根受拉侧开始产生。
12.1.2 分类
按轴的布置方式分 平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动，交错轴齿 轮传动； 按齿线相对于齿轮母线方向分 直齿，斜齿，人字齿，曲线齿； 按齿轮传动工作条件分 开式：齿轮外露，不能防尘、周期润滑、精度低 半开式：齿轮浸入油池、外装护罩、防尘性差 闭式：封闭在箱体内，安装精度高、润滑条件好
按齿廓曲线分 渐开线齿，摆线齿，圆弧齿
原因 1） 节线附近常为单齿对啮合区，轮齿受力
与接触应力最大； 2） 节线处齿廓相对滑动速度低，润滑不良，
不宜形成油膜，摩擦力较大； 3） 润滑油挤入裂纹，使裂纹扩张。
现象 金属微粒剥落，产生的麻点状剥蚀损伤现象。
措施 （1）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值； （2）在许可范围内采用大的变位系数和，增
是开式齿轮传动的主要失效形式。
措施： 选用合适的齿轮材料和热处理方法； 保持润滑油清洁和定期换油； 采用合适的润滑和密封装置； 选用粘度较高的润滑油和合适的极压添加剂； 提高精度； 减小齿面粗糙度。
12.3.5 齿面塑性变形
软齿面（如正火齿轮）低速重载、频繁起动和 过载传动齿轮。
措施： 提高齿面材料的硬度，选用粘度较高的润滑油，
大综合曲率半径； （3）采用粘度较高的润滑油。
12.3.3 齿面胶合
主要发生在高速重载、低速重载齿轮传动中。
措施： 在润滑油中加入极压添加剂； 采用修缘齿轮； 采用较小的模数； 采用适当增大啮合角的变位传动； 改善其偏载情况； 降低齿面粗糙度； 采用粘度大的润滑油等措施。
12.3.4 齿面磨粒磨损
12.4.2 齿轮热处理
调 质 软齿面≤350HBS 。 (中碳钢或中碳合金钢）
正火
改善机械性能，增大强度和韧性
表面淬火 48~54HRC （中碳钢或中碳合金钢）
渗碳淬火 58~63HRC （低碳钢或低碳合金钢） 硬齿面。
表面氮化
接触强度高、耐磨性好、可抗冲击
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30~50HB）
闭式软齿面齿轮传动：先按齿面接触疲劳强度 进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 闭式硬齿面齿轮传动：先按齿根弯曲疲劳强度 进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。 开式齿轮传动：按齿根弯曲疲劳强度进行设计， 并考虑磨损的影响将模数适当增大。 高速重载齿轮传动：需校核齿面胶合强度。
12.4 齿轮材料及其热处理 12.4.1 齿轮材料 对齿轮材料基本要求： 齿面有足够的硬度； 轮芯有足够的强度和韧性； 具有良好的机械加工和热处理工艺性； 价格低。
软齿面（≤350HB），硬齿面（>350HB）
12.1.3 基本要求 传动平稳，承载能力高。
12.2 齿轮传动的主要参数
12.2.1 主要参数
基本齿廓 模数 中心距 传动比、齿数比 齿数比为齿轮传动中的大齿轮齿 数与小齿轮齿数之比。 变位系数
12.2.2 精度等级的选择 12个精度等级 1~2级为待发展的精度等级， 3~5级为高精度等级， 6~8级为中等精度等级，9~12级为低精度等级。 三个公差组
齿轮传动在不同工况下的主要失效形式 齿面点蚀
闭式传动齿轮的主要失效形式，特别是在软齿面 （硬度<350HB）上更容易产生，在一般的硬齿 面（如表面淬火，特别是热处理硬度不均匀时） 上也容易产生。
轮齿折断
（1）闭式传动中的极硬齿面（硬度HRC>58，如 渗碳淬火、氮化等）； （2）短期过载或受严重冲击齿轮。 齿面磨粒磨损
齿面要硬，齿芯要韧。
45号钢 最常用，经济、货源充足
中碳合金钢 35SiMn、40Cr等
金属材料 低碳合金钢 20Cr、20CrMnTi等
铸钢
ZG310-570、ZG340-640等
铸铁 HT350、Qwk.baidu.com600-3等
非金属材料
尼龙、夹木胶布等
选材原则
1）满足工作条件的要求； 2）考虑齿轮尺寸大小、毛坯成型热 处 理和制造方法； 3）考虑经济性； 4）考虑配对齿轮等强度。
12.6 圆柱齿轮传动的载荷计算 12.6.1 直齿圆柱齿轮传动的受力分析
条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力
圆周力— Ft 2T1 / d1 径向力小—齿轮转F矩r Ft tg小齿轮分 法向力—N.m Fn Ft / co度s 圆直径
分度圆
注意：下标“1”表压示力主角动轮
第一公差组 考虑运动准确性
第二公差组 考虑传动平稳性
第三公差组 考虑载荷分布均匀性
12.3 齿轮传动的失效形式 按装置形式 开式、半开式、闭式； 按使用情况 低速、高速、轻载、重载； 按齿轮材料的性能及热处理工艺的不同 轮齿
有较脆、较韧 齿面有较硬、较软。
失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、 齿面磨损、齿面塑性变形。
12.3.2 齿面接触疲劳磨损（点蚀） 点蚀常发生于闭式软齿面（HB≤350）传动中 点蚀首先出现在节线附近的齿根表面上
点蚀的形成与润滑油的存在密切相关 收敛性点蚀，扩展性点蚀。
总结：轮齿工作时齿面受脉动循环变化的接触应 力，在接触应力的反复作用下，当最大接触应力 超过材料的许用接触应力时，齿面就出现疲劳裂 纹，并由于有润滑油进入裂纹，将产生很高的油 压，促使裂纹扩展，最终形成点蚀。
开式齿轮传动的主要失效形式。
齿面胶合
闭式传动的高速重载齿轮产生热胶合；低速重载 齿轮产生冷胶合。 齿面塑性流动
软齿面（如正火齿轮）低速重载、频繁起动和 过载传动齿轮。
12.3.6 计算准则
主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式
齿根弯曲疲劳强度—齿轮抵抗轮齿疲劳折断 的 齿能面力接触疲劳强度—齿轮抵抗齿面疲劳点蚀 的能力
12.3.1轮齿折断
疲劳折断 过载折断
起始于轮齿受拉应力一侧
措施：增大齿根圆角半径、增大轴及轴承的刚度、 使轮芯具有足够的韧性、提高齿面硬度、减小齿 面粗糙度、增大模数、对齿根进行喷丸或碾压等 强化处理等。
总结
齿根弯曲疲劳折断（轮齿折断）轮齿在变应力 作用下，齿根受载大；又由于在齿根圆角处产 生应力集中，轮齿长期工作后，当危险截面的 弯曲应力超过材料的许用弯曲应力时，齿根出 现疲劳裂纹，裂纹扩展后产生齿根断裂。由于 轮齿材料对拉应力敏感，故疲劳裂纹往往从齿 根受拉侧开始产生。
12.1.2 分类
按轴的布置方式分 平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动，交错轴齿 轮传动； 按齿线相对于齿轮母线方向分 直齿，斜齿，人字齿，曲线齿； 按齿轮传动工作条件分 开式：齿轮外露，不能防尘、周期润滑、精度低 半开式：齿轮浸入油池、外装护罩、防尘性差 闭式：封闭在箱体内，安装精度高、润滑条件好
按齿廓曲线分 渐开线齿，摆线齿，圆弧齿
原因 1） 节线附近常为单齿对啮合区，轮齿受力
与接触应力最大； 2） 节线处齿廓相对滑动速度低，润滑不良，
不宜形成油膜，摩擦力较大； 3） 润滑油挤入裂纹，使裂纹扩张。
现象 金属微粒剥落，产生的麻点状剥蚀损伤现象。
措施 （1）提高齿面硬度和降低表面粗糙度值； （2）在许可范围内采用大的变位系数和，增
是开式齿轮传动的主要失效形式。
措施： 选用合适的齿轮材料和热处理方法； 保持润滑油清洁和定期换油； 采用合适的润滑和密封装置； 选用粘度较高的润滑油和合适的极压添加剂； 提高精度； 减小齿面粗糙度。
12.3.5 齿面塑性变形
软齿面（如正火齿轮）低速重载、频繁起动和 过载传动齿轮。
措施： 提高齿面材料的硬度，选用粘度较高的润滑油，
大综合曲率半径； （3）采用粘度较高的润滑油。
12.3.3 齿面胶合
主要发生在高速重载、低速重载齿轮传动中。
措施： 在润滑油中加入极压添加剂； 采用修缘齿轮； 采用较小的模数； 采用适当增大啮合角的变位传动； 改善其偏载情况； 降低齿面粗糙度； 采用粘度大的润滑油等措施。
12.3.4 齿面磨粒磨损
12.4.2 齿轮热处理
调 质 软齿面≤350HBS 。 (中碳钢或中碳合金钢）
正火
改善机械性能，增大强度和韧性
表面淬火 48~54HRC （中碳钢或中碳合金钢）
渗碳淬火 58~63HRC （低碳钢或低碳合金钢） 硬齿面。
表面氮化
接触强度高、耐磨性好、可抗冲击
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30~50HB）
闭式软齿面齿轮传动：先按齿面接触疲劳强度 进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 闭式硬齿面齿轮传动：先按齿根弯曲疲劳强度 进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。 开式齿轮传动：按齿根弯曲疲劳强度进行设计， 并考虑磨损的影响将模数适当增大。 高速重载齿轮传动：需校核齿面胶合强度。
12.4 齿轮材料及其热处理 12.4.1 齿轮材料 对齿轮材料基本要求： 齿面有足够的硬度； 轮芯有足够的强度和韧性； 具有良好的机械加工和热处理工艺性； 价格低。