齒輪傳動失效形式

會計學(xué)1齒輪傳動失效形式第1頁/共28頁

第7章齒輪傳動

教學(xué)目標(biāo)：了解齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則；

了解齒輪材料及選用原則；

能夠計算齒輪傳動的計算載荷；

能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的受力分析。

教學(xué)重點:

1.齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則；

2.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的受力分析。

教學(xué)難點：標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的受力分析。

第2頁/共28頁一、齒輪傳動的特點（1）適用的圓周速度和功率范圍廣；（2）傳動效率高；（3）傳動比穩(wěn)定；（4）工作可靠,壽命較長；（5）可實現(xiàn)任意軸之間的傳動。

2、缺點：（1）要求較高的制造和安裝精度，成本高；（2）不適宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動。第一節(jié)概述1、優(yōu)點：第3頁/共28頁二、齒輪傳動的分類按齒輪類型分：直齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動錐齒輪傳動按裝置形式分：開式傳動、半開式傳動、閉式傳動。按使用情況分：動力齒輪─以動力傳輸為主，常為高速重載或低速重載傳動。傳動齒輪─以運動準(zhǔn)確為主，一般為輕載高精度傳動。按齒面硬度分：軟齒面齒輪（齒面硬度≤350HBS或38HRS）硬齒面齒輪（齒面硬度＞350HBS或38HRS）第4頁/共28頁1.輪齒折斷第二節(jié)齒輪傳動的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則一、齒輪的失效形式1.輪齒折斷：折斷發(fā)生在齒根處1）過載折斷（淬火鋼和鑄鐵齒輪常見的失效形式）；2）疲勞折斷。采取措施：1）材料及熱處理；2）增大模數(shù)；3）增大齒根圓角半徑消除刀痕；4）噴丸、滾壓處理；5）增大軸及支承剛度。第5頁/共28頁2.齒面點蝕：輪齒接觸表面在變化的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點剝蝕損傷現(xiàn)象，開始是針尖大小麻點，逐漸擴(kuò)展連成片狀。點蝕一般首先出現(xiàn)在齒根靠近節(jié)線處，再向其它部位擴(kuò)展。主要措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤滑油粘度；采用合理變位。形成原因：輪齒在節(jié)圓附近一對齒受力，載荷大；滑動速度低形成油膜條件差；接觸疲勞產(chǎn)生麻點。第6頁/共28頁3.齒面磨損

主要措施：采用閉式傳動；提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；采用清潔的潤滑油。原因：相對滑動；潤滑不良；存在雜質(zhì)。第7頁/共28頁4.齒面膠合：齒面粘連后撕脫防止膠合的措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤滑油粘度；限制油溫。原因：高速重載；滑動速度大；散熱不良；齒面金屬熔化粘連后撕脫——熱膠合低速重載，由于齒面間油膜破壞，也會出現(xiàn)膠合——冷膠合第8頁/共28頁5.塑性變形措施：提高齒面硬度；增大潤滑油粘度。原因：重載，齒面軟

第9頁/共28頁二.齒輪傳動設(shè)計準(zhǔn)則1、對于閉式齒輪傳動：對高速重載齒輪傳動，除以上兩設(shè)計準(zhǔn)則外，還應(yīng)按齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計。1）軟齒面（≤350HBS）齒輪主要失效形式是齒面點蝕，故可按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算，按齒根彎曲疲勞強度校核.

2）硬齒面（>350HBS）或鑄鐵齒輪，由于抗點蝕能力較高，輪齒折斷的可能性較大，故可按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算，按齒面接觸疲勞強度校核。2、對于開式齒輪傳動，齒面磨損為其主要失效形式，故通常按照齒根彎曲疲勞強度進(jìn)行設(shè)計計算，確定齒輪的模數(shù)，考慮磨損因素，再將模數(shù)增大10%——20%。第10頁/共28頁

齒面要硬、齒芯要韌，即:(1)齒面應(yīng)有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點蝕、膠合以及塑性變形等；(2)齒芯應(yīng)有足夠的強度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷；(3)應(yīng)有良好的加工工藝性能及熱處理性能，使之便于加工且便于提高其力學(xué)性能。一、齒輪材料的基本要求第三節(jié)齒輪的材料及其選用原則第11頁/共28頁1．鍛鋼

鍛鋼因具有強度高、韌性好、便于制造、便于熱處理等優(yōu)點，大多數(shù)齒輪都用鍛鋼制造。

(1)軟齒面齒輪：齒面硬度<350HBS，常用中碳鋼和中碳合金鋼，如45鋼．40Cr，35SiMn等材料，進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。這種齒輪適用于強度、精度要求不高的場合，輪坯經(jīng)過熱處理后加工，生產(chǎn)便利、成本較低。

(2)硬齒面齒輪:硬齒面齒輪的齒面硬度大于350HBS，常用的材料為中碳鋼或中碳合金鋼經(jīng)表面淬火或滲碳淬火處理。加工后進(jìn)行熱處理,若變形過大,則需精加工。二、齒輪的常用材料第12頁/共28頁2．鑄鋼

當(dāng)齒輪的尺寸較大(大于400一600mm)而不便于鍛造時，可用鑄造方法制成鑄鋼齒坯，再進(jìn)行正火處理以細(xì)化晶粒。

3．鑄鐵

低速、輕載場合的齒輪可以制成鑄鐵齒坯。當(dāng)尺寸大于500mmm時可制成輪輻式齒輪。

在確定大、小齒輪硬度時應(yīng)注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高20一50HBS，這是因為小齒輪輪齒嚙合次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較?。疄槭箖升X輪的輪齒接近等強度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。

第13頁/共28頁補充：機械制造常用材料一、常用材料鋼常用金屬材料鑄鐵有色金屬合金——含碳量>2%——含碳量≤

2%鐵碳合金非金屬材料橡膠塑料等第14頁/共28頁1、鋼：按化學(xué)成分：碳素鋼按含碳量：低碳鋼<0.25%合金鋼中碳鋼0.25%~0.5%高碳鋼>0.5%按質(zhì)量：普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼按用途：結(jié)構(gòu)鋼特殊鋼按冶煉時脫氧程度和鋼錠中氣孔存在情況：鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼第15頁/共28頁（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235-A、F，（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼25、35、45、60--平均含碳量（3）合金結(jié)構(gòu)鋼25Cr2MoV（4）鑄鋼ZG235-450、ZG35SiMn特點：鋼具有高的強度、韌性和塑性。可用熱處理方法改善其力學(xué)性能和加工性能。選用原則：優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。第16頁/共28頁2、鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。特點：良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之第17頁/共28頁

鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下進(jìn)行不同溫度的加熱、保溫和冷卻的方法，是其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而達(dá)到提高零件的力學(xué)性能和改善其工藝性能的目的。

常用的熱處理方法有：退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)及表面熱處理等。

二、鋼的熱處理簡介第18頁/共28頁1退火是將鋼加熱到臨界溫度（約723℃）以上（30-50℃），保溫一段時間，然后工件隨爐溫緩慢冷卻。消除鍛造、焊接的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。2正火與退火相似，只是在保溫后，在空氣中冷卻，冷卻速度比退火快。作用于退火類似，但比退火經(jīng)濟(jì)，可作為零件的最終熱處理。

3淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，而后在水、鹽水或油中快速冷卻。獲得高強度和高硬度，提高耐磨性和耐蝕性。但產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力，降低塑性和韌性，故應(yīng)回火已得到較好的綜合性能。

第19頁/共28頁4回火是將淬火鋼重新加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一段時間，然后冷卻。根據(jù)加熱溫度不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。低溫回火的加熱溫度為150-250℃，適用于刀具、量具、滾動軸承等；中溫回火的加熱溫度為300-450℃，適用于有彈性要求的零件，如彈簧；高溫回火的加熱溫度為450-650℃，適用于各種重要的機械零件，如齒輪、軸、重要螺栓等。

回火第20頁/共28頁5調(diào)質(zhì)—淬火后高溫回火。6表面熱處理是強化零件表面的重要手段，常用的方法有表面淬火和化學(xué)熱處理兩種。1)表面淬火是將機械零件需要強化的表面迅速加熱到淬火溫度，隨即快速將該表面冷卻的熱處理方法。2)化學(xué)熱處理是將機械零件放在含有某種化學(xué)元素（如碳、氮等）介質(zhì)中加熱保溫，使該元素的活性原子滲入到零件表面的熱處理方法。根據(jù)滲入原始的不同，常用的化學(xué)熱處理方法有滲碳(常用于低碳鋼或低碳合金剛)、氮化和氰化（碳氮共滲，用于低碳鋼或中碳鋼）等。第21頁/共28頁三、材料的選用原則：（1）使用要求：工作和受載情況工作情況：介質(zhì)、溫度、摩擦性質(zhì)受載情況：載荷大小、應(yīng)力種類（2）工藝要求：鍛造性能焊接性能切削加工性能熱處理性能（3）經(jīng)濟(jì)性鑄造性能第22頁/共28頁三、齒輪材料的選擇原則1）齒輪材料必須滿足工作條件的要求。2）應(yīng)考慮齒輪尺寸大小、毛坯成型方法、熱處理、制造工藝。3）正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于中等沖擊載荷下工作的齒輪。4）合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。5）飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強度合金鋼。第23頁/共28頁（1）、傳遞的準(zhǔn)確性—Ⅰ（從動轉(zhuǎn)動一周的轉(zhuǎn)角誤差不超過許用值）（2）、傳動的平穩(wěn)性—Ⅱ（瞬時傳動比i不超過許用值）（3）、載荷分布的均勻性—

Ⅲ（接觸面上載荷分布均勻）1、精度要求齒輪的精度2、精度等級

齒輪精度規(guī)定了1～12的12個等級，其中，