1、5-7 輪齒的失效形式及計算準則,一、失效形式 1、輪齒折斷 2、齒面磨料磨損 3、齒面疲勞點蝕 4、齒面膠合 二、計算準則,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,1 輪齒折斷,產(chǎn)生原因: 齒根彎曲應(yīng)力大 齒根應(yīng)力集中 折斷類型: 疲勞折斷反復(fù)應(yīng)力疲勞裂紋輪齒疲勞折斷 突然折斷齒輪為脆性材料時，受到過載或沖擊時產(chǎn)生 變形折斷制造或安裝不準確，以及軸的變形引起 發(fā)生部位： 輪齒根部(全齒折斷)、缺角(斜齒輪局部折斷),機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,采取措施: 增大齒根過渡圓角、消除加工倒痕減小應(yīng)力集中 增大軸及支承的剛性受載均勻 合適熱處理齒芯具有足夠韌性、表面強化,2 、齒面疲勞點蝕,產(chǎn)生原因: 輪齒在節(jié)圓附近一

2、對齒受力，載荷大 滑動速度低形成油膜條件差 接觸疲勞產(chǎn)生麻點 發(fā)生部位： 偏向齒根的節(jié)線附近 閉式齒輪傳動的主要破壞形式 開式傳動中一般不會出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,采取措施: 提高材料硬度增強抗點蝕能力 合理選擇潤滑油防止裂紋擴展,3、 齒面磨料磨損,發(fā)生機理： 磨料(沙粒、鐵屑等)進入嚙合區(qū)齒面磨損 齒形破壞 齒根減?。ǜ繃乐兀帻X 發(fā)生部位：齒面 發(fā)生狀況： 開式齒輪傳動的主要失效形式,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,采取措施: 加強潤滑 開式改閉式傳動,4 齒面膠合,產(chǎn)生原因: 高速重載；散熱不良； 滑動速度大；齒面粘連后撕脫 發(fā)生部位： 沿運動方向撕裂,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,

3、采取措施: 減小模數(shù)，降低齒高 抗膠合能力強的潤滑油 材料的硬度及配對,防齒面點蝕齒面接觸疲勞強度計算求尺寸d或a 限制接觸應(yīng)力 防輪齒折斷齒根彎曲疲勞強度計算求模數(shù) 限制彎曲應(yīng)力,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,閉式軟齒面以保證接觸疲勞強度為主 閉式硬齒面 以保證彎曲疲勞強度為主 開式傳動 以保證彎曲疲勞強度為準則,二、計算準則,5-8 齒輪的材料,輪齒材料的基本要求：齒面要硬，齒芯要韌,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,鍛鋼-（中低碳鋼、合金鋼） 齒表面硬度大齒輪25-50HBS 常用材料：45，35SiMn, 40Cr,35CrMn.,鑄鋼 熱處理：正火，回火 材料：ZG310-570,ZG340-640

4、應(yīng)用：大尺寸齒輪（400-600）,齒表面硬度350HBS的齒輪 熱處理：淬火,表面淬火-40-60HRC 常用材料：45，35SiMn, 40Cr, 20CrMnTi,鑄鐵 材料：HT200,HT300,QT500-7 應(yīng)用：開式、低速、無沖擊場合,非金屬材料 材料：布（木）質(zhì)塑料、尼龍 應(yīng)用：高速、輕載、要求噪聲低,5-10 直齒輪輪齒彎曲疲勞強度計算,1、作用力的分析 2、輪齒的彎曲疲勞強度計算,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,簡化：計算輪齒的彎曲強度時，可將輪齒看作一個懸臂梁。且認為只有一對輪齒傳遞全部載荷 輪齒的疲勞折斷與彎曲疲勞強度有關(guān),機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,法向力可以分解為兩個分力：

5、彎曲分力 FH = Fn cos 壓縮分力 Fv = Fn sin,一、作用力的分析,危險剖面的彎曲應(yīng)力為：,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,校核公式： 設(shè)計公式：,一、輪齒的彎曲疲勞強度計算,注意： 1 齒寬系數(shù)、齒數(shù)z1 2 許用彎曲應(yīng)力F 3 F的取值: min(F1/YF1, F2/YF2),YF為齒形系數(shù)，只與齒形有關(guān)，即與壓力角、齒頂高系數(shù)、齒數(shù)有關(guān)，而與模數(shù)無關(guān)。,假設(shè)：單對齒嚙合，力作用在節(jié)點P，不計Ff 輪齒間的總壓力法向力Fn, 沿嚙合線指向齒面 1 、Fn 的分解： 圓周力Ft、徑向力Fr 圓周力Ft:沿節(jié)圓切線方向指向齒面 徑向力Fr:沿半徑方向指向輪心,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動

6、,2 、作用力的大?。?Ft2T1/d1 FrFttana,二、 受力分析,T1 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩, mm d1 小齒輪節(jié)圓直徑, mm a 嚙合角,輪齒齒面的接觸疲勞強度計算近似以節(jié)點為準 有曲率的齒廓接觸點接觸應(yīng)力赫茲公式 校核公式：,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,設(shè)計公式：,二、輪齒的接觸疲勞強度計算,由式可知，當齒輪的材料、傳動比及齒寬系數(shù)一定時，由輪齒表面接觸強度所決定的承載能力，僅與中心距有關(guān)，即中心距越大，承載能力越強，相應(yīng)實際應(yīng)力越小 齒寬系數(shù)越大，中心距越小 兩輪的接觸應(yīng)力相等 H = min(H1, H2),1 壓力角a的選擇： 一般齒輪 =20； 航空用齒輪=25 2 齒數(shù)z的選擇 d1一定，齒數(shù)z1重合度平穩(wěn)性好 m小加工量，但齒輪彎曲強度差 閉式軟齒面 ：z1宜取多提高平穩(wěn)性， z1=2040 開式或閉式硬齒面：z1宜取少保證輪齒彎曲強度, z1 17,機械設(shè)計基礎(chǔ) 齒輪傳動,3 齒寬系數(shù)的選擇 yd b 承載能力(p196) 但載荷分布不 均勻應(yīng)取得適當 計算(實用)齒寬 ： b= ydd1, B1=b