硬齿面齿轮(渗碳碳氮共渗氮化)层深接触疲劳强度计算教案分析.ppt

* * 硬齿面齿轮（渗碳、碳氮共渗、氮化）层深接触疲劳强度计算方法的探讨 上海盛运机械工程有限公司 李元元 2012-11-30 主要内容 硬齿面剥落的发生原因 层深接触疲劳强度计算方法介绍 举例说明和解决办法 总结 硬齿面接触损坏形式 齿面点蚀 齿面剥落 初期点蚀 扩展型点蚀 齿面接触疲劳强度（GB3480)计算基础 扩展型点蚀发展到一定程度，齿面大面积剥落 层深接触疲劳强度计算的必要性 主要原因： 齿面受压并有相对滑动 在接触面上不仅存正应力，还存在剪应力。 根据强度理论，求得两种应力之和为综合接触应力σcp。 其最大值不在轮齿表面，而在离表面一定深度的次表面。 导致齿面剥落 层深接触疲劳强度的校核计算—齿面剥落产生的原因 层深接触疲劳强度的校核计算—适用于渗碳、碳氮共渗以及氮化等硬齿面齿轮 σH≤σHKP/SHK σH—计算接触应力 σHKP —层深许用接触应力 SHK—层深接触疲劳强度计算时的安全系数，推荐按下表取值，在缺乏试验实践数据时，可取最小平均值SHKmin=1.4 钢种 热处理过程中是否具备自动控制装置 碳钢 有 1.5 无 1.6 低碳合金钢 有 1.4 无 1.5 无镍或含镍小于1%的合金钢（20Cr,18CrMnTi,25CrMnTi,20CrMnMo） 有 1.3 无 1.4 含镍大于1%的合金钢（18CrMnNi2MoV,12CrNi3A,18Cr2Ni4WA, 20CrNi3A,12Cr2Ni4,20Cr2Ni4A） 有 1.2 无 1.3 层深接触疲劳强度的校核计算—硬化层硬度分布 层深许用接触应力σHKP取决于齿面硬化的热处理方式和可能出现损坏的区域。 硬化层硬度H的分布规律是： Ho Hk —轮齿表面与芯部的平均硬度（HV） ht —有效硬化层深度 z —硬化层的深度 ρv—齿形当量曲率半径 层深接触疲劳强度的校核计算—最大综合接触应力的深度 WHt —单位圆周力 E—弹性模量，2.1×105MPa； FtH—圆周力，N； KH—载荷系数； bw—工作齿宽，mm； u —传动比； β—螺旋角； 最大综合接触应力处的深度 式中外啮合为“+”内啮合为“-” （1）最大综合接触应力的深度大于有效硬化层厚度时 bH＞ht （见图a ） 层深接触疲劳强度的校核计算—最大综合接触应力三种分布情况下许用接触应力的计算 Hk —轮齿芯部平均硬度（HV） （2）最大综合接触应力位于硬化层内 bH＜ht （见图b ） 层深接触疲劳强度的校核计算—最大综合接触应力三种分布情况下许用接触应力的计算 实际硬化层深度度 实际硬化层硬度 （3）最大综合接触应力位于硬化层交界处 bH=ht （见图c ） 层深接触疲劳强度计算实例 2800kW的2级行星齿轮减速器（用于水泥磨中心驱动主传动），其技术参数下表所示： 1 2 Z1 Z2 Z3 Z1 Z2 Z3 齿数 18 52 123 20 39 100 模 数 mm 10 16 行星轮数 3 4 减速比 7.833 6 电机功率kW 2800 转矩N.m 输入 3.6X104 输出 1.7X106 行星齿轮减速器主要参数 级数 参数 层深接触疲劳强度计算实例（一）——氮化处理内齿圈计算 第2级内齿圈的层深接触疲劳强度： 齿圈材料42CrMo调质氮化处理。 齿面硬度Ho=600HV， 芯部硬度HK=320～340HB（HV320～340） 有效硬化层深度为ht≈1.0mm。 注：由于齿圈较大，限于制造厂当时的热处理条件（2003年），实际调质后的芯部硬度为220HB 层深接触疲劳强度计算实例（一）——氮化处理内齿圈计算 当量曲率半径 单位圆周力 圆周力 内齿圈节圆直径 层深接触疲劳强度计算实例（一）——氮化处理内齿圈计算 最大综合接触应力深度 由计算可得 根据最大接触应力的深度大于硬化层厚度的情况 ，而 计算所得内齿圈的计算接触应力为σH=630MPa（计算过程略） 取安全系数SHK=1.4，即得：σH＞σHKP/SHK =792/1.4=566MPa 结论：不符合层深接触疲劳强度条件 实际使用时，减速器在工业生产中产量超过100万吨水泥后，内齿圈发生剥落损伤。 层深接触疲劳强度计算实例（一）——氮化处理内齿圈计算 解决办法： 把内齿圈调质硬度调到300HB 层深接触疲劳强度达到要求 许用层深接触应力 层深接触疲劳强度计算实例（二）——渗碳淬火太阳轮计算 第2级太阳轮的层深接触疲劳强度： 太阳轮齿轮材料20Cr2Ni4A； 齿面渗碳，整体淬火； 有效硬化