[工学]机械设计基础第 5章 齿轮传动-2强度1.ppt

机械设计基础 第5章 齿轮传动　 §5-7 齿轮传动的损伤形式及计算准则　 齿轮的失效主要表现为轮齿的失效，轮齿的失效形式主要有以下五种： 　　1.轮齿拆断　 　　2.齿面点蚀　 　　3.齿面胶合　 　　4.齿面磨损　 　　5.齿面塑性变形 　　 1.轮齿拆断 　　 　　轮齿因短时意外的严重过载而引起的突然折断，称为过载折断。用淬火钢或铸铁制成的齿轮，容易发生这种折断。 　　在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹，裂纹的逐渐扩展，最终将引起轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。 采取措施 材料及热处理 增大模数 增大齿根圆角半径 消除刀痕：喷丸、滚压处理； 增大轴及支承刚度。 2.齿面点蚀 齿面点蚀——齿面金属脱落而形成麻点状小坑，称为齿面疲劳点蚀。 理论和实践都证明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力越强。 形成原因 轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大； 滑动速度低形成油膜条件差； 接触疲劳产生麻点 。 3.齿面胶合 在高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使两齿面金属直接接触并相互粘连，当两齿面相对运动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种现象称为齿面胶合。 在低速重载传动中，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可能产生胶合破坏。 4.齿面磨损 齿面磨损 —— 轮齿接触表面上材料因摩擦而发生损耗的现象。其后果，使轮齿磨薄导致轮齿断裂。 5.齿面塑性变形 齿面塑性变形 —— 轮齿材料因屈服产生塑性流动而形成齿面的塑性变形。其后果，使齿面失去正确的齿形，在齿面节线处产生凸棱。 齿轮传动的计算准则 针对齿轮不同的失效形式制定相应的设计准则。 闭式软齿面齿轮（ ≤ 350HBS）主要失效形式是齿面疲劳点蚀，也可能发生轮齿折断及其他失效形式，故应按接触疲劳强度的设计公式确定主要尺寸，然后校核弯曲疲劳强度。 闭式硬齿面齿轮（ ＞ 350HBS）主要失效形式是轮齿折断，也可能发生齿面疲劳点蚀及其他失效形式，故应按弯曲疲劳强度的设计公式确定主要尺寸，然后校核接触疲劳强度。 开式齿轮传动其主要失效形式是齿面磨损，但往往又因轮齿磨薄后而发生折断，而磨损计算尚无可靠的计算方法，故目前多按轮齿齿根弯曲疲劳强度设计，用适当降低许用应力的方法考虑磨损的影响。 §5-8 齿轮材料及热处理 齿轮材料的选择基本要求 齿面要硬—轮齿齿面有足够的硬度和耐磨性，有利于提高齿面抗点蚀、胶合、磨损及塑性变形的能力 齿心要韧—轮齿芯部有足够的抗弯曲强度及冲击韧性；齿轮加工及热处理性能好； 常用齿轮材料 调质钢45 、 锻钢 渗碳钢40Cr、 钢 氮化钢20CrMnTi 金属 铸钢ZG310-570 铸铁 HT250、QT500-5 非金属：夹布塑胶 尼龙 常用的齿轮材料 常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等。齿轮毛坯一般多采用锻件或轧制钢材，当齿轮较大(例如直径大于400mm～600mm)而轮坯不易锻造时，可采用铸钢；开式低速传动可采用灰铸铁；球墨铸铁有时可代替铸钢。 齿轮常用材料及机械性能参见课本P77表5-4 金属热处理、表面处理概念 热处理是一种改善金属材料及其制品(如机械零件、工具等)性能的一种工艺。根据不同的目的，将材料及其制品加热到适当的温度(通常为相变温度)，保温，然后用不同的方法冷却，改善其内部组织(有时仅使其表面组织或表面成分改变)，以获得所要求的性能。 淬火与表面淬火 淬火：将钢件加热到相变温度以上某一温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油中快速冷却，使其得到高硬度。用来提高钢的硬度和强度极限。因淬火会引起内应力使钢变脆，故淬火后应作回火处理。注意：低碳钢不能通过淬火来提高硬度。 表面淬火：用火焰或高频电流将零件表面迅速加热至相变温度以上，然后快速冷却。用来使零件表面硬、芯部韧，从而使零件既耐磨又能承受冲击载荷。表面淬火常用来处理齿轮等。 调质与正火 调质：淬火后在(450～650)℃进行高温回火。用来使钢获得较高的综合机械性能（强度、硬度、韧性适中），重要的齿轮、轴等零件必须经过调质处理。 正火：将钢件加热到相变温度以上（30～50）℃，保温一段时间然后在空气中冷却，冷却速度比退火快。常用来处理低碳和中碳结构钢及渗碳零件，使其组织细化，增加韧性，减小内应力，改善切削性能。 回火与渗碳淬火 回火：将淬火处理过的钢件加