渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计 1.常见的失效形式

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1 渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计 1.常见的失效形式
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。

2 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。

3 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。

4 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） 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。

5 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。
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。 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。 措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。

6 渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计 2.设计准则 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。

7 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： 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)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。

8 齿轮的常用材料 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。
    (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。

9 齿轮的常用材料 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。

10 齿轮的常用材料

11 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。

12 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)

13 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

14 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

15 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
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。