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1、7-15 轮齿的失效形式及设计准则,一、轮齿的失效,1、轮齿折断,一般发生在齿根部,分过载折断和疲劳折断(弯曲应力大于弯曲疲劳极限时),2、齿面点蚀,齿面节线稍下方出现小麻点的现象,多见于润滑良好的闭式齿轮传动中。开式传动中一般看不到点蚀现象。 当齿面接触应力 大于材料的接触疲劳极限时。,措施: (1)、提高轮齿材料的硬度 (2)、采用高粘度的润滑油。,3、齿面胶合,常出现在齿面滑动速度较大的齿顶和齿根部位。高速重载: 低速重载: 措施: 1. 提高齿面硬度; 2. 降低表面粗糙度; 3. 高速传动:用含抗胶合添加剂的润滑油 低速传动:用粘度较大的润滑油。,4、齿面磨损,开式传动的主要失效形式
2、。 1)磨粒磨损: 措施: 采用闭式传动; 降低表面粗糙度; 保持良好润滑。 2)跑合磨损,5、齿面塑性变形,过载严重、起动频繁的传动中软齿面上,二、设计准则,保证齿根弯曲疲劳强度和保证齿面接触疲劳强度。 闭式齿轮传动: 1、软齿面齿轮传动:主要失效形式是:齿面点蚀. 按齿面的接触强度进行设计,按齿根的弯曲强度进行校核。 2、硬齿面齿轮传动:主要失效形式是:齿根折断. 按齿根的弯曲强度进行设计,按齿面的接触强度进行校核。 开式齿轮传动: 主要失效形式是:磨损和弯曲疲劳折断. 按齿根弯曲强度进行条件性设计,将计算的模数适当增大。,7-15 轮齿材料及热处理,一、齿轮材料应有足够的抗折断、抗点蚀、
3、抗胶合及耐磨损等能力。,常用的齿轮材料: 优质碳素钢 合金结构钢 铸钢: 齿轮较大(400600)而轮坯不易锻造 铸铁: 开式低速传动 非金属材料: 受力较小,高速减噪,二、常用的热处理方法 1. 表面淬火 中碳钢、中碳合金钢(45、40Cr) 2. 渗碳淬火渗碳钢(20,20Cr) 3.渗氮难以磨齿的场合,如内齿轮,二、常用的热处理方法 4. 调质中碳钢、中碳合金钢(45、40Cr、35SiMn) 5. 正火中碳钢正火:机械强度要求不高的 铸钢正火:大直径齿轮,注:当大小齿轮都是软齿面,小齿轮齿面硬度比大齿轮高HB20-50。 当大小齿轮都是硬齿面,小齿轮齿面硬度比大齿轮略高,或与大齿轮相等
4、。,7-16 齿轮传动的精度,国标规定了渐开线圆柱齿轮和圆锥齿轮精度标准的12个精度等级: 其中: 1级精度最高,常用69级精度,误差对传动的影响: 1. 传递运动的准确性; 2. 传动的平稳性; 3. 载荷分布的均匀性。,7-17 直齿圆柱齿轮的作用力及计算载荷,一、轮齿上的作用力 1. 大小,2. 方向 圆周力:“主反从同” 径向力:由作用点指向轮心。,二、计算载荷,K载荷系数 KFn计算载荷,大于名义载荷Fn,7-18 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算,点蚀与齿面接触应力有关。,K- 载荷系数 ZE-弹性系数,用于考虑配对齿轮材料的弹性模量和泊松比对接触应力的影响; ZH-节点区域系数
5、,用于考虑节点处齿面形状对接触应力的影响;,一对钢制标准齿轮传动的强度条件:,N/mm2,注意:一对齿轮啮合时,两齿面上的接触应力H是相等的;但两轮材料不等时,H不同,强度计算时应将小值代入计算 许用接触应力:,11-6 直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算,进行齿根弯曲应力计算时, 1. 将轮齿视为宽度为齿宽b的悬臂梁; 2. 假定全部载荷由一对轮齿来承担,且载荷作用在齿顶; 3. 其危险截面可用30切线法确定: 作与轮齿对称中心线成30夹角并与齿根圆角相切的斜线,两切点的连线就是危险截面,危险节面处齿厚为SF,轮齿的折断与弯曲应力有关。,SF 、hF 均与m成正比,YF只与齿形中的尺寸比例有
6、关,而与模数m无关。对齿廓参数一定的渐开线标准齿轮仅决定于齿数(z, zv)。,齿形系数YF,危险截面:,轮齿弯曲强度的校核公式:,引入齿宽系数,可得轮齿弯曲强度的设计公式:,注意: 1. 一对齿轮啮合时,上式应代入 两比值中的较大值, 算得的m应圆整为标准值。,许用应力,1.齿面许用应力 表7-5 一般SH=1 或SH=1.25 齿根许用弯曲应力 表7-5 一般SH=1 或SH=1.5,注意: 1. 齿数和模数:z1=2040,动力齿轮的模数不宜小于1.52 mm,以免短期过载时发生轮齿折断;在满足弯曲强度的条件下,可适当选取较多的齿数。因齿数增多齿轮工作平稳;在中心距一定时,齿数增多则模数
7、减少,还能减少加工工时和提高加工精度。 2.齿宽:软齿面: 对称 d=0.8-1.4 非对称d=0.6-1.2 悬臂d=0.3-1.4 硬齿面:取软齿面的一半 3. 齿数比:直齿 u5 斜齿u8 4.载荷系数:K=1-1.8,11-7 斜齿圆柱齿轮传动,一、 轮齿上的作用力,11-8 直齿圆锥齿轮传动,一、 轮齿上的作用力,二、 强度计算,11-9 齿轮的构造,一、 锻造齿轮,二、 铸造齿轮,mm,1、 齿轮轴:da与轴径相差不大的齿轮; 2、实心式: 3、腹板式:,或 但形状复杂、不便于锻造时采用铸造毛坯,时,采用轮辐式,实心式,腹板式,轮辐式,11-10 齿轮传动的润滑和效率,一、 润滑,二、 效率,齿轮传动的平均效率要计入以下损耗: 1.啮合中的摩擦损耗; 2.搅动润滑油的油阻损耗; 3.轴承中的摩擦损耗。,开式传动:人工定期加润滑油,开采用油脂; 闭式传动:润滑方式主要取决于齿轮的圆周速度; 油池润滑:v12m/s,油池润滑,采用惰轮的油池润滑,喷油润滑,
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