对齿轮材料的要求“外硬”——齿面要硬抗点蚀、抗磨损.pptVIP

* * §6-1 齿轮传动的失效形式和设计准则 一、齿轮传动的失效形式 1.轮齿折断 （1）疲劳断齿 疲劳裂纹 现象： 齿根处产生裂纹、扩展、断齿 原因： 根部受交变弯曲应力作用 根部应力集中 材料较脆 1）分类 动画 F 齿根裂纹起始点 （2）过载断齿：意外超载 常见脆性材料（淬火钢、铸钢） （3）变形断齿：制造或安装不准确，轴的变形 直齿轮 齿宽b较小时，载荷易均布 ——整体折断 齿宽b较大时，易偏载 斜齿轮：接触线倾斜 载荷集中在齿一端 ——局部折断 轮齿整体折断 轮齿局部断 提高轮齿抗弯强度的措施（本质）： sF ? [s] F 具体方法： 1）d一定时，z↓，m↑； 2）正变位； 齿根厚度↑ ↑抗弯强度 ↓应力集中 改善载荷分布 6）↑轮齿精度； 7）↑支承刚度。 4）↑齿根过渡圆角半径； 3）提高齿面硬度(HBS↑)→[σF] ↑； 5）↓表面粗糙度，↓加工损伤； 2、齿面点蚀 场合：常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。 现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。 软齿面齿轮：收敛性点蚀，相当于跑合； 硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，扩展性点蚀。 动画 原因： 润滑油粘度越低，越容易进入裂纹； 表面硬度越低，越容易形成点蚀。 交变接触应力反复作用, 齿面产生微裂纹； 节线附近只有一对齿啮合压力大，相对滑动速度低，不易形成油膜，使摩擦力达到最大； 润滑油进入裂缝，封闭高压油腔，楔挤作用，裂纹疲劳扩展、点蚀。 后果： 传动振动增大，噪声大； 承载能力失效，导致传动失效。 防止措施：sH ≤ [sH] 开式齿轮传动一般不出现点蚀。为什么？？？ 1、提高齿面硬度（[sH]→sHlim P126）; 2、增加齿轮直径或中心距（赫兹公式）， ↑ρΣ（综合曲率半径） ； 3、采用合适的润滑油； 速度不高的传动，用高粘度润滑油； 对于圆周速度大于12m/s，用喷油润滑（散热） 4、提高加工精度，降低粗糙度。 （∵v磨损v点蚀） 3、齿面磨损 现象：齿面材料减少，失去渐开线齿形； 原因：相对滑动+硬颗粒+润滑不良+表面粗糙； ①跑合磨损（有益） 　　　 ②磨粒磨损（有害） 后果：齿形破坏，传动不平稳，抗弯能力下降（折断）。 减轻磨损措施： 闭式： 采用闭式齿轮传动； 提高齿面硬度； 降低粗糙度（统计学现象）； 保持润滑油清洁。 开式： 加防尘罩 开式齿轮传动的主要失效形式 4、齿面胶合 场合： ①高速重载下，热胶合 　　　 ②低速重载下，冷胶合 原因： 高压、高速，油膜破裂； 摩擦功耗大； 啮合局部高温，金属直接接触，齿面焊接； 相对运动，撕裂、涂抹，沟痕 热胶合 冷胶合 低速重载 现象：沿轮齿面滑动方向形成沟痕，甚至咬死。 采用抗胶合性能好的齿轮材料对，材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。（汽车变速箱中的齿轮选择20CrMnTi钢） 提高表面硬度和表面质量； 加强润滑（极压添加剂）； 散热（材料软化，热力学UCLA,热应力问题）； 采用抗胶合的润滑油； ↓m→↓齿面h→↓齿面vs （必须满足σF）。 修缘齿，修去一部分齿顶，使vs大的齿顶不起作用。 防止措施： 极压添加剂：能和接触的金属表面起反应形成高熔点无机薄膜，以防止在高负荷下发生熔结、卡咬、划痕或刮伤的添加剂。 水溶和油溶两种极压添加剂。 5、齿面塑性变形 主动 从动 场合：低速重载、频繁启动和过载； 原因：齿面材料较软，材料沿摩擦力方向流动，屈服状态发生塑性流动； 本质：齿面制造质量太差； 动画 主动齿—节线出沟 从动齿—节线起脊 滚压塑变，锤击塑变，齿面塑变，齿体塑变 加强润滑，减小摩擦力； 提高齿面硬度，提高抗塑性变形能力。 防止措施： 齿面塑性变形实例 二、设计准则 σF≤[σF] 　 弯曲疲劳强度 σH≤[σH] 　齿面接触疲劳强度 闭式 传动 软齿面 按齿面接触疲劳强度设计 按轮齿弯曲疲劳强度校核 硬齿面 分别按轮齿弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度设计，取两者中的较大模数 开式（半开） 传动 按轮齿弯曲疲劳强度条件性设计，加大模数10~15% 工作条件 设计方法 设计准则 主要失效 点蚀 断齿、点蚀 保证齿面有足够的接触疲劳强度 保证齿面有足够的接触疲劳强度和轮齿有足够的弯曲疲劳强度 磨损 ——断齿 保证齿面有足够的抗磨损能力和轮齿有足够的弯曲疲劳强度 高速、重载 胶合 保证齿面有足够的抗胶合能力 进行抗胶合能力计算或进行热平衡计算 注：对于高速（大于15m/s）、重载闭式齿轮传动: 由于易发生胶合失效,在保证不发生轮齿折断和齿面点蚀失效条件下,还应进行抗胶合能力验算。 胶合失效设计方法还不成熟； 参考德国（DIN3990）、中国（GB6413）、美国（AGMA217.01