精密机械设计基础 第8讲 齿轮机构与其设计.pptVIP

精 密 机 械 设 计 南京信息工程大学 齿轮机构及其设计 内 容 提 示 齿轮传动的失效形式及设计准则 齿轮材料及其热处理工艺 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析 齿面接触疲劳强度计算 齿根弯曲疲劳强度计算 §8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 齿轮传动的失效形式 1、轮齿折断 齿轮传动的失效主要发生在轮齿部分，其常见失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和塑性变形等五种 轮齿在工作过程中，齿根部受较大的交变弯曲应力，并且齿根圆角及切削刀痕产生应力集中。当齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限时，轮齿在受拉一侧将产生疲劳裂纹，随着裂纹的逐渐扩展，导致轮齿疲劳折断。 局部折断和整体折断 §8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 d一定时，z↓，m↑，增加齿厚，提高抗弯强度；增大齿根过渡圆角半径；提高齿轮制造精度和安装精度；采用表面强化处理（如喷丸、碾压）等；都可以提高轮齿的抗折断能力。 措施: §8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 2、齿面点蚀 －齿面接触疲劳磨损 齿轮工作时，在循环变化的接触应力、齿面摩擦力及润滑剂的反复作用下，轮齿表面或次表层出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，导致齿面金属剥落形成麻点状凹坑。 齿面疲劳点蚀首先出现在齿面节线偏齿根侧。这是因为节线附近齿面相对滑动速度小，油膜不宜形成，摩擦力较大；且节线处同时参与啮合的轮齿对数少，接触应力大。点蚀的发展，会产生振动和噪声，以至不能正常工作而失效。 §8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，合理选择润滑油的粘度及采用正变位齿轮传动等 点蚀实例 措施: §8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 3、齿面磨损 由于粗糙齿面的摩擦或有砂粒、金属屑等磨料落入齿面之间，都会引起齿面磨损。磨损引起齿廓变形和齿厚减薄，产生振动和噪声，甚至因轮齿过薄而断裂失效。 磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。采用闭式齿轮传动，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，注意保持润滑油清洁等，都有利于减轻齿面磨损 措施: §8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 4、齿面胶合 高速重载齿轮传动，因齿面间压力大、相对滑动速度大，在啮合处摩擦发热多，产生瞬间高温，使油膜破裂，造成齿面金属直接接触并相互粘着，而后随齿面相对运动，又将粘接金属撕落，使齿面形成条状沟痕，产生齿面热胶合。低速重载齿轮传动（v≤4m/s ），由于啮合处局部压力很高齿，使油膜破裂而粘着，产生齿面冷胶合。齿面胶合会引起振动和噪声，导致失效。 采用正变位齿轮、减小模数及降低齿高以减小滑动速度，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，采用抗胶合能力强的齿轮材料，在润滑油中加入极压添加剂 措施: §8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 5、齿面塑性变形 用较软齿面材料制造的齿轮，在承受重载的传动中，由于摩擦力的作用，齿面表层材料沿摩擦力的方向发生塑性变形。主动轮齿面节线处产生凹坑，从动轮齿面节线处产生凸起。提高齿面硬度和润滑油粘度，可以减轻或防止齿面塑性变形的产生。 设计准则 §8-1 齿轮传动的失效形式及设计准则 设计齿轮传动时，应根据实际工况条件，分析主要失效形式，确定相应的设计准则，进行设计计算。 对于闭式齿轮传动，主要失效形式是齿面疲劳点蚀、弯曲疲劳折断及胶合。目前一般齿轮传动，只按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两准则进行设计计算。对于高速大功率的齿轮传动，还应按齿面抗胶合能力的准则进行计算。 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损及弯曲疲劳折断，目前对磨损尚无成熟的设计计算方法，故通常按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，并将模数增大10%-20%，以考虑磨损的影响。 §8-2 齿轮材料及其热处理工艺 齿轮材料对齿轮的承载能力和结构尺寸影响很大，合理选择齿轮材料是设计重要内容之一。选择齿轮材料应考虑如下要求：齿面应有足够的硬度，保证齿面抗点蚀、抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力；轮齿芯部应有足够的强度和韧性，保证齿根抗弯曲能力；此外，还应具有良好的机械加工和热处理工艺性；以及经济性等要求。 齿轮材料的选择要求 §8-2 齿轮材料及其热处理工艺 制造齿轮材料以锻钢（包括轧制钢材）为主，其次是铸钢、铸铁，还有有色金属和非金属材料等。 常用齿轮材料及热处理 钢制软齿面齿轮要求小齿轮硬度大于大齿轮30-50 HBS 原因：1）小齿轮齿根强度较弱 2）小齿轮的应力循环次数较多 3)当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的接触疲劳强度 齿轮材料的选择原则 §8-3 直齿圆柱齿轮传动计算载荷与受力分析 轮齿的受力分析 转矩T1由主动齿轮传给从动齿轮。忽略齿面间的摩擦力，轮