齿轮的失效形式

null 齿轮传动1 齿轮的失效形式 齿轮传动2 齿轮材料及热处理 本章要求 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 null7 齿轮的构造8 齿轮传动的润滑和效率6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算5 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算null本章要求掌握齿轮的失效形式、形成的机理及措施。掌握齿轮的强度计算。掌握齿轮的受力分析及计算。1 齿轮的失效形式1 齿轮的失效形式1. 齿面点蚀 2．轮齿折断 3．齿面磨损 4. 齿面胶合 5. 齿面塑形变形 齿轮轮齿的失效形式 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。齿轮传动闭式传动 开式传动 半开式传动—封闭在箱体内，润滑条件好—外露，润滑较差，易磨损—介于上两者之间,有防护罩null1、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、正变位、增大模数等null2、齿面疲劳点蚀★　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措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径null3、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null4、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null5、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2 齿轮材料及热处理二、热处理一、齿轮材料一、齿轮材料金属材料45号钢中碳合金钢铸钢低碳合金钢铸铁非金属材料选材时考虑：工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等齿轮毛坯锻造—选可锻材料；铸造—选可铸材料二、热处理二、热处理调 质正 火表面淬火渗碳淬火渗氮软齿面。改善机械性能，增大强度和韧性硬齿面。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30~40HBS）§11—3 齿轮传动的精度§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。直齿圆柱齿轮传动的作用力 及计算载荷直齿圆柱齿轮传动的作用力 及计算载荷一、齿轮上的作用力二、计算载荷一、齿轮上的作用力一、齿轮上的作用力 在驱动力矩 作用下，主动轮齿沿啮合线受到来自从动轮齿的法向力 作用。 由于直齿圆柱齿轮法面与端面重合，因此， 作用在端面内，可分解成圆周力 和径向力 。==null② 各力的方向：①各力关系：作用在主动轮和从动轮上的对应力等值反向 ，即各作用力方向判断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：注意： 各力应画在啮合点上！二、计算载荷二、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 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算载荷。 如 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。null 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：负号用于内接触工作时的接触应力null 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：nullnull 由于节点处只有一对齿啮合，所以载荷由一对齿承担：齿面接触强度条件：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11-3335是两个齿轮的材料均为钢时的结果。许用接触应力齿面接触强度条件：齿面接触强度的设计公式： 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。齿面接触强度的设计公式：null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。 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。 Ψa>0.4时，通常采用斜齿或人字齿。null 若配对的齿轮材料不都是钢，则计算中系数应改为乘以：若配对齿轮材料为钢对铸铁，公式中系数改为285若配对齿轮材料为铸铁对铸铁，公式中系数改为250许用接触应力[σH]的计算：许用接触应力[σH]的计算：式中，σHlim是齿轮的接触疲劳极限，由图11-7查取；SH为齿面接触疲劳安全系数，按表11-4查取。6 直齿圆柱齿轮传动的 轮齿弯曲强度计算6 直齿圆柱齿轮传动的 轮齿弯曲强度计算根据载荷由一对轮齿承担，当载荷作用于齿顶时，齿根所受到的弯曲力矩最大。 计算时将轮齿看作为悬臂梁，危险截面用30o切线法确定。null作与轮齿对称中心线成30o夹角并与齿根圆角相切的斜线，而认为两切点连线是危险截面。 危险截面处的齿厚为SF。null法向力Fn分解为与轮齿圆周方向相一致的F1和与径向方向相一致的径向力F2。弯矩：M = F1 · hF危险截面的弯曲截面系数：W = b ·sF2/6（矩形截面）= KFn hF cosαF危险截面的弯曲应力为：齿轮弯曲强度验算公式：齿轮弯曲强度验算公式：其中，YF为齿形系数，它与齿形中的尺寸比例有关，与模数无关，对于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 齿轮仅决定于齿数。正常齿制标准齿轮YF见图11—9。 因为YF1和YF2不同，[F1 ]和[F2]也不同，验算时应分别验算两个齿轮的弯曲强度。轮齿弯曲强度设计公式：轮齿弯曲强度设计公式：计算中，代入YF1/[σF1]和YF2/[σF2]中比值较大值。 计算后的模数应圆整为标准模数值。null弯曲许用应力计算式：其中σFlim是齿轮的齿根弯曲疲劳极限，由图11-10查取；当轮齿为双侧工作的齿轮时，将数据乘以0.7； SF为轮齿弯曲疲劳安全系数，由表11-4查取null软齿面闭式齿轮传动先按齿面接触强度确定传动尺寸，然后验算轮齿弯曲强度； 硬齿面闭式齿轮传动，先按轮齿弯曲强度进行设计计算，然后验算齿面接触强度； 开式齿轮传动，按闭式齿轮传动的强度公式进行计算，许用弯曲应力应乘以0.7~0.8； 齿轮传动设计时，首先按主要失效形式进行强度计算，确定其主要尺寸，然后对其他失效形式进行必要的校核。null例题 闭式直齿圆柱齿轮传动，电动机驱动，单向转动，载荷有中等冲击。传动比i=3.7，高速轴转速n1=745r/min，传动功率P=17kW，确定该传动齿轮。 1.选择材料并确定许用应力 小齿轮用40MnB调质处理，HB260(1) 大齿轮用ZG35SiMn调质处理，HB225(2)null查得σHlim1=700N/mm2， σHlim2=540N/mm2，SH=1.1 (3) ， σFlim1=240N/mm2， σFlim2=180N/mm2， SF=1.3（4）null2.按齿面接触强度设计 设齿轮按8级精度制造，载荷系数取K=1.5，齿宽系数ψa=0.4(5)null取z1=32，z2=iz1=3.7×32≈118(6) 模数m=2a/（z1+z2） =2 ×220.2/（32+118） =2.94， 取m=3mm。 中心距a=m（ z1+z2）/2 =3 ×（ 32+118） /2 =225mm (7)null齿宽b=ψaa=0.4×225=90mm 取b2=90mm，b1=95mm(8) 3.验算轮齿弯曲强度 齿形系数YF1=2.57，YF2=2.18 按最小齿宽验算：null4.齿轮圆周速度：故采用8级精度合适。5.齿轮各部分参数计算5.齿轮各部分参数计算小齿轮： 大齿轮：null小齿轮：6.作用在轮齿上的作用力：大齿轮：