1.常见的失效形式渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计机械零件由于 强度,刚度、耐磨性和振动稳定性等因素不能正常工作时,称为失效。机械零件在变应力作用下引起的破坏称为 疲劳破坏,机械零件抵抗疲劳破坏的能力称为 疲劳强度 。
齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。其失效形式有:
轮齿折断,轮齿象一个悬臂梁,受载后齿根部 产生的弯曲应力最大。当该应力值超过材料的弯曲疲劳极限时,齿根处产生疲劳裂纹,并不断扩展使轮齿断裂。
此外,突然过载、严重磨损及安装制造误差等也会造成轮齿折断。
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齿面硬度。
1.常见的失效形式(续)
齿面磨损,灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间,会使齿面间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损是开式传动的主要失效形式。
主要措施,采用闭式传动;提高齿面硬度;降低齿面粗糙度;采用清洁的润滑油。
1.常见的失效形式(续)
齿面点蚀,轮齿工作面某一固定点受到近似脉动的变应力作用,由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤的现象。 点蚀是闭式传动常见的失效形式。 开始齿轮由于磨损很少出现点蚀。点蚀首先出现在节线附近。
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。
1.常见的失效形式(续)
齿面胶合,高速重载传动中,齿面间压力大,瞬时温度高,
润滑油模被破坏,齿面间会发生粘接在一起的现象,在轮齿表面沿滑动方向出现条状伤痕,称为胶合。
防止胶合的措施,提高齿面硬度;降低齿面粗糙度;增大润滑油粘度;限制油温。
1.常见的失效形式(续)
塑性变形,重载且摩擦力很大时,齿面较软的轮齿表面就会沿摩擦力方向产生塑性变形。
措施,提高齿面硬度;增大润滑油粘度。
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。
2.设计准则渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计对于 闭式齿轮传动,1)软齿面( ≤ 350HBS)齿轮主要失效形式是齿面点蚀,故可按齿面接触疲劳强度进行设计计算,按齿根弯曲疲劳强度校核。 2)硬齿面
( >350HBS)或铸铁齿轮,由于抗点蚀能力较高,轮齿折断的可能性较大,故可按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算,按齿面接触疲劳强度校核。
对于 开式齿轮传动 中的齿轮,齿面磨损为其主要失效形式,故通常按照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。
齿轮的常用材料由轮齿的失效分析可知,齿轮材料的基本要求,
齿面硬、齿芯韧即:
(1)齿面应有足够的硬度,以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等;
(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性,以抵抗齿根折断和冲击载荷:
(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能.使之便于加工且便于提高其力学性能。
最常用的齿轮材料是钢.此外还有铸铁及一些非金属材料等。
1,锻钢锻钢因具有强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等优点,大多数齿轮都用锻钢制造。
齿轮的常用材料
(1)软齿面齿轮:齿面硬度 <350HBS,常用 中碳钢和中碳合金钢,如 45钢,40Cr,35SiMn等材料,进行 调质或正火处理。这种齿轮适用于强度。精度要求不高的场合,轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加工,生产便利、成本较低。
在确定大.小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高 30一 50HBS,这是因为小齿轮受载荷次敷比大齿轮多,且小齿轮齿根较薄.为使两齿轮的轮齿接近等强度,小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。
(2)硬齿面齿轮硬齿面齿轮的齿面硬度大于 350HBS,常用的材料为 中碳钢或中碳合金钢 经 表面淬火 处理。
2,铸钢当齿轮的尺寸较大 (大于 400一 600mm)而不便于锻造时.可用铸造方法制成铸钢齿坯,再进行正火处理以细化晶粒。
3,铸铁低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。
当尺寸大于 500mmm时可制咸大齿圈,或制成轮辐式齿轮。
齿轮的常用材料齿轮的常用材料直齿圆柱齿轮传动设计
1.轮齿的受力分析轮齿的载荷计,Fnc=KFn K为载荷系数,参考表选取。
直齿圆柱齿轮传动设计
2.齿面接触疲劳强度计算
i—— 传动比,i=z2/z1>1;
T1—— 小齿轮所传递的转矩 (N.mm);
K—— 载荷系数,见表;
a—— 中心距 (mm);
ψa—— 齿宽系数;
[σH]—— 齿轮材料许用接触应力 (MPa)
直齿圆柱齿轮传动设计
3.齿根弯曲疲劳强度计算
4.参数选择参见 P180
齿轮的结构设计通过强度和几何尺寸的计算,已确定主要参数和尺寸。
还要设计其结构和其它尺寸。常用结构形式有:
1.齿轮轴:
X < 2.5 mn
齿轮的结构设计
2.实心齿轮当齿轮的齿顶圆直径 d a≤200mm 时,
可采用实体式结构。这种结构型式的齿轮常用锻钢制造。
3.腹板式齿轮当齿轮的齿顶圆直径 da=200--500mm
时,可采用腹板式结构。这种结构的齿轮多用锻钢制造。
4.轮辐式齿轮当齿轮的齿顶圆直径 da>500mm时,
可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造。