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第五章 齿轮传动 * 机械设计基础 第五章 齿轮传动 * 机械设计基础 * 返回 第13章 齿轮传动 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。 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。 13.1 齿轮传动的失效形式及设计准则 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。 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。开式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。 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。 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。 措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。 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。 13.2 齿轮材料及热处理 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： (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。 齿轮材料的基本要求 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。??? 13.2 齿轮的常用材料及热处理 2．铸钢??? 当齿轮的尺寸较大(大于400~600mm)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时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。 (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。 一、精度等级 渐开线圆柱齿轮有12个精度等级，第1级最高，12级最低 一般常用6～9级。高速、分度要求高时选用6级，低速要求不高的可用9级。 二、齿轮每个精度等级划分为三个公差组。第Ⅰ公差组影响运动准确性、第Ⅱ组公差组影响传动平稳性，第Ⅲ组公差组影响载荷分布均匀性。 精度等级的标注 7 6 6 G M GB/T 10095.1-2001 齿厚下偏差 齿厚上偏差 第Ⅲ公差组精度等级 第Ⅱ公差组精度等级 第Ⅰ公差组精度等级 13.3 齿轮传动的精度 机器名称 精度等级 机器名称 精度等级 汽轮机 3～6 拖拉机 6～8 金属切削机床 3～8 通用减速器 6～8 航空发动机 4～8 锻压机床 6～9 轻型汽车 5～8 起重机 7～10 载重汽车 7～9 农业机械 8～11 各类机器所用齿轮传动的精度等级范围 精度等级的选择 §13.4 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 一对标准直齿圆柱齿轮按标准中心距安装，其齿廓在节点C接触。沿啮合线N1N2方向垂直作用于齿面的法向力Fn可分解为两个互相垂直的分力，即圆周力Ft和径向力Fr，各力大小分别为 一、 受力分析及计算载荷 从动轮：Ft2=-Ft1，Fr2=-Fr1，Fn2=-Fn1 方向：