齒輪傳動(dòng)的失效

《機(jī)械設(shè)計(jì)與創(chuàng)新》課程項(xiàng)目六齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)單元六齒輪傳動(dòng)的失效Step1

明確任務(wù)Step2項(xiàng)目導(dǎo)入Step3操作訓(xùn)練Step4知識(shí)深化Step5歸納總結(jié)目錄知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：會(huì)判斷齒輪失效的主要形式能合理確定齒輪材料素養(yǎng)：認(rèn)真仔細(xì)的學(xué)習(xí)工作態(tài)度齒輪失效的主要形式齒輪主要材料能判斷齒輪失效的形式，并選擇合適的齒輪材料步驟1：明確任務(wù)造成齒輪不同形式的失效，各自由什么原因造成？齒輪失效輪齒折斷輪面點(diǎn)蝕輪面塑性變形輪面磨損輪面膠合步驟2：項(xiàng)目導(dǎo)入齒輪失效齒輪失效(gearfailure)齒輪由于某種原因不能正常工作的現(xiàn)象。齒輪的工作能力齒輪所能安全工作的限度。齒輪傳動(dòng)的失效主要發(fā)生在輪齒部分。輪齒折斷(toothbreakage)疲勞折斷在載荷重復(fù)作用下，在應(yīng)力顯著集中的齒根過(guò)渡圓角處，受拉伸一側(cè)產(chǎn)生疲勞裂紋。隨著嚙合的繼續(xù)，裂紋擴(kuò)展，超過(guò)極限應(yīng)力而疲勞折斷。疲勞失效是閉式硬齒面鋼齒輪、鑄鐵齒輪主要失效形式。輪齒折斷措施：增大過(guò)渡圓角半徑、降低齒根處表面粗糙度、齒根噴丸處理、采用正變位、齒輪材料進(jìn)行適當(dāng)熱處理等。步驟3：操作訓(xùn)練過(guò)載折斷輪齒由于適量短時(shí)過(guò)載，經(jīng)嚴(yán)重磨損后齒厚過(guò)薄或受意外沖擊載荷產(chǎn)生輪齒突然折斷，斷口一般較粗糙。齒寬較小的直齒輪通常發(fā)生整體折斷；齒寬較大的直齒輪或斜齒輪通常發(fā)生局部折斷。措施：避免意外過(guò)載，在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置安全聯(lián)軸器等安全裝置。輪齒折斷步驟3：操作訓(xùn)練齒面點(diǎn)蝕齒輪接觸應(yīng)力超過(guò)輪齒材料的許用接觸應(yīng)力，在循環(huán)接觸應(yīng)力下，齒面表層產(chǎn)生不規(guī)則微細(xì)疲勞裂紋，高壓油使裂紋不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致齒面小塊金屬脫落，形成麻點(diǎn)狀小凹坑齒面疲勞點(diǎn)蝕(pitting)。齒寬較小的直齒輪通常發(fā)生整體折斷；齒寬較大的直齒輪或斜齒輪通常發(fā)生局部折斷。齒面點(diǎn)蝕形成過(guò)程微裂紋生成裂紋擴(kuò)展硬顆粒脫落點(diǎn)蝕形成步驟3：操作訓(xùn)練齒面點(diǎn)蝕是潤(rùn)滑良好的閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)中最常見(jiàn)的失效形式。措施：保持齒面接觸應(yīng)力<輪齒材料的疲勞極限；提高材料硬度、提高潤(rùn)滑油黏度、適宜的添加劑防止齒面點(diǎn)蝕。齒面點(diǎn)蝕齒面點(diǎn)蝕一般首先出現(xiàn)在節(jié)線附近齒根表面，后向其他部位擴(kuò)展。步驟3：操作訓(xùn)練齒面磨損齒輪嚙合中，輪齒表面上的材料摩擦損耗的現(xiàn)象。齒面磨損齒面中等磨損齒面過(guò)度磨損步驟3：操作訓(xùn)練摩擦磨損輪齒嚙合過(guò)程中存在的相對(duì)滑動(dòng)，使齒面間產(chǎn)生摩擦磨損。磨料磨損(abrasivewear)砂粒、金屬屑等顆粒進(jìn)入嚙合齒面，造成磨料磨損。磨料磨損措施：采用合適的潤(rùn)滑和密封方式及高黏度的潤(rùn)滑油，合適的齒輪材料并提高齒輪精度，減小齒面粗糙度值等。齒面磨料磨損是開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。步驟3：操作訓(xùn)練跑合磨損跑合磨損(normalwear)在配對(duì)零件(齒輪)使用初期，由于加工后的表面具有一定的粗糙度，實(shí)際接觸只有部分峰頂相互接觸，在接觸處相互摩擦產(chǎn)生磨損。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，磨損逐漸減少，輪齒表面逐漸光滑，進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。跑合磨損對(duì)齒輪傳動(dòng)是無(wú)害的，但跑合后應(yīng)及時(shí)更換齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑油，以免磨粒磨損。步驟3：操作訓(xùn)練齒面膠合高速重載齒輪傳動(dòng)中，齒面間的高壓、高溫使油膜破裂而潤(rùn)滑失效，致使嚙合點(diǎn)附近局部金屬互相粘接，在瞬間形成局部熔焊，兩齒面繼續(xù)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，較軟齒面上的金屬被撕落下來(lái)，在齒面上沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)條狀溝?齒面膠合(scuffing)。齒面膠合低速重載傳動(dòng)中，也會(huì)出現(xiàn)膠合。措施：提高齒面硬度，減小齒面粗糙度，保證良好潤(rùn)滑，采用抗膠合添加劑等，有利于減緩或防止膠合。步驟3：操作訓(xùn)練齒面塑性變形(plasticdeformation)齒輪材料較軟且載荷較大時(shí)，輪齒表面材料沿摩擦力方向發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致主動(dòng)輪齒面節(jié)線出現(xiàn)凹溝，從動(dòng)輪齒面處出現(xiàn)凸棱，齒形破壞而失效。齒面塑性變形低速、過(guò)載嚴(yán)重和起動(dòng)頻繁的齒輪傳動(dòng)中。措施：提高齒面硬度、選用黏度較高的潤(rùn)滑油。步驟3：操作訓(xùn)練步驟4：知識(shí)深化齒輪材料齒輪材料基本要求選擇齒輪材料考慮因素良好的加工工藝性和熱處理性能齒面應(yīng)有足夠的硬度齒芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和韌性載荷大小和性質(zhì)齒輪圓周速度工作場(chǎng)所外廓尺寸及重量等齒輪材料鋼45、50鋼，40Cr、42SiMn、20Cr、20CrMnTi大部分頂圓直徑da≤400mm的齒輪采用鍛鋼。中低轉(zhuǎn)速、中輕載荷、載荷穩(wěn)定、精度不高的一般齒輪步驟4：知識(shí)深化齒面硬度≤350HBS材料45、50、40Cr、42SiMn加工工藝下料鍛造正火齒形粗加工調(diào)質(zhì)齒坯粗加工齒坯精加工齒形精加工鋼高轉(zhuǎn)速、中等以上載荷、精度要求高的重要齒輪(無(wú)沖擊)齒面硬度>350HBS材料45、50、40Cr、42SiMn加工工藝下料鍛造正火齒面表面淬火調(diào)質(zhì)齒坯粗加工齒形半精加工齒坯精加工齒形精加工齒坯半精加工步驟4：知識(shí)深化查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中關(guān)于齒輪材料選擇。鋼高轉(zhuǎn)速、中等以上載荷、精度要求高的重要齒輪(有沖擊)齒面硬度>350HBS材料20Cr、20CrMnTi加工工藝下料鍛造正火滲碳淬火/滲氮正火/調(diào)質(zhì)齒坯粗加工齒坯半精加工齒坯精加工齒面精加工齒面粗加工齒面半精加工步驟4：知識(shí)深化鑄鋼ZG310-570，ZG340-640加工成軟齒面(齒面硬度≤350HBS)材料ZG310-570，ZG340-640加工工藝鑄造正火調(diào)質(zhì)齒形加工成品頂圓直徑da>500mm，不便于鍛造的中速、中載、大直徑齒輪。步驟4：知識(shí)深化鑄鐵低、中速輕載，有小沖擊場(chǎng)合低、中速輕載，沖擊很小步驟4：知識(shí)深化選用QT600-2、QT500-5，正火處理選用HT250、HT300，采用人工時(shí)效非金屬材料適用于高速輕載及精度要求不高的場(chǎng)合，如食品機(jī)械、家電產(chǎn)品、辦公設(shè)備等。步驟4：知識(shí)深化鑄鋼加工成軟齒面(齒面硬度>350HBS)材料ZG310-570，ZG340-640加工工藝鑄造正火調(diào)質(zhì)齒形加工成品表面淬火步驟4：知識(shí)深化步驟4：知識(shí)深化軟齒面?zhèn)鲃?dòng)硬齒面?zhèn)鲃?dòng)齒輪齒面硬度選擇原