齿轮传动的失效形式及设计准则.pptx

§11.9齿轮传动失效形式及设计准则1）轮齿折断（打牙）轮齿就好象一个悬臂梁，在受外载作用时，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，以及加工时沿齿不良或由于轴的刚度不足而产生过大的弯曲变形，也会出现轮齿局部过载，造成局部折断。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。根据这种失效形式确定的设计准则及计算方法即为轮齿弯曲强度计算。由于疲劳破坏是断齿的主要原因，故齿根弯曲疲劳强度计算是后面所要讨论的主要问题之一。2）轮齿工作表面的破坏轮齿的破坏，除断齿外，还有轮齿表面的破坏而造成传动的失效。轮齿表面的破坏主要有四类：点蚀、胶合、塑性变形和磨损。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。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，最初为细小的尖状麻点。为什么最初点蚀会发生在靠近节线的齿根面上呢？因为在轮齿的啮合过程中，齿面间的相对滑动起着形成润滑油膜的作用，而且相对速度越高，形成油膜的作用越显著，润滑也就越好。当轮齿在靠近节线处啮合时，相对滑动速度低，带油效果差，所以在这里首先出现点蚀破坏。也就是说：在靠近节线处的齿根面抵抗点蚀破坏的能力最差。由于油膜的存在，增大了齿面上实际承受压力的面积，可以减缓点蚀破坏。在合理的限度内，油的粘度越高，效果越好。低速时可用高粘度油；当高速（如）时，则要选用粘度较低的油，采用喷油润滑，同时起到散热的作用。针对点蚀破坏而拟订的设计准则和计算方法即为齿面接触疲劳强度计算。（2）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，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。缺少供油，也会导致胶合。针对胶合失效而拟订的设计准则及计算方法即为传动的胶合承载能力计算。（3）齿面磨损在开式传动中，这是一种主要的破坏形式，现在还没有简明的计算方法。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。（4）齿面塑性变形若轮齿的材料较软，载荷及摩擦力又都很大时，齿面材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形，这种情况一般发生在硬度较低的齿面上。以上所列举的是齿轮失效的几种主要形式，都有可能在传动中发生。但在一定条件下，总有一种形式是主要的。随着强度计算理论的发展和计算方法的完善，各国都制订有针对轮齿折断和点蚀的两种计算方法和标准，也是比较成熟和完善的两种。针对不同的齿轮传动失效形式、设计准则也有所不同，具体设计准则如下：1、当轮齿表面硬度≤350HBS（HRC<38）时，称软齿面；当轮齿表面硬度>350HBS(HRC>38)时，称硬齿面。2、闭式软齿面齿轮传动：按接触强度确定传动的尺寸，而后验算齿根弯曲疲劳强度；3、闭式硬齿面齿轮传动：按弯曲疲劳强度确定，验算接触强度；4、开式传动：由于开式传动的失效形式主要是造成轮齿变薄，产生断齿，故按弯曲疲劳强度计算进行设计。§11-10材料选择及热处理齿轮的常用材料材料的选择是一个比较费事的工作。针对各行业的不同，一般采用的方法是类比选择。但是，作为一个机械设计工程技术人员应对材料的选择方法原则有一个大概的了解。1．材料的选择必须满足一般工作要求和特殊工作要求，即机器的工作要求、可靠性等要求2．要考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法、热处理及加工等因素；3．要考虑齿轮载荷的大小、工况条件等因素的影响；4．齿轮的重要程度；5．传动比及配对情况。选择材料时具体可参考下述方法：1）软齿面齿轮：工艺简单、生产率高，故比较经济。但因为齿面硬度不高，限制了承载能力，故适用于载荷、速度、精度要求均不很高的场合。硬齿面齿轮承载能力高，但成本也高，故适用于载荷、速度、精度要求高的重要齿轮。2）相啮合的一对齿轮，小齿轮齿面硬度要比大齿轮齿面硬度高20～50HBS。3）由于锻钢的力学性能优于同类铸钢，所以齿轮材料应优先选用锻钢。对于结构复杂的大型齿轮，手锻造工艺和设备的限制，可采用铸钢制造。如低速重载的轧钢设备、矿山机械的大型齿轮等。4）在小功率和精度要求不高的高速齿轮传动中，为了减少噪声，其小齿轮常用尼龙、夹布胶木、聚甲醛等非金属材料制造，但配对的大齿轮仍用钢或铸铁制造。提高齿面硬度，既可以提高接触强度，又可以提高抗磨粒磨损及抗塑性变形的能力。硬齿面齿轮与软齿面齿轮比较，其综合承载能力可提高2～3倍以上。在相同承载能力的条件下，硬齿面齿轮尺寸比软齿面齿轮尺寸小的多。所以除非生产条件受到限制，一般硬采用硬齿面齿轮传动。经过表