[工學(xué)]機械設(shè)計基礎(chǔ)第5章齒輪傳動-2強度(已修改)
2025-01-31 11:25 本頁面
【正文】 機械設(shè)計基礎(chǔ) 武漢理工大學(xué) 物流工程學(xué)院 機械設(shè)計與制造系 羅齊漢 2022年 2月 16日星期三 Foundation of Machine Design 第 5章 齒輪傳動 概述 齒廓嚙合基本定律 漸開線及漸開線齒廓 標準直齒圓柱齒輪各部分名稱及幾何尺寸計算 漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 齒輪的切齒原理及變位齒輪簡介 齒輪傳動的損傷形式及計算準則 直齒圓柱齒輪傳動的受力分析與計算載荷 直齒圓柱齒輪傳動的強度計算 斜齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計特點 167。 57 齒輪傳動的損傷形式及計算準則 齒輪的失效主要表現(xiàn)為輪齒的失效，輪齒的失效形式主要有以下五種： 輪齒因短時意外的嚴重過載而引起的突然折斷，稱為 過載折斷 。用淬火鋼或鑄鐵制成的齒輪，容易發(fā)生這種折斷。 在載荷的多次重復(fù)作用下，彎曲應(yīng)力超過彎曲疲勞極限時，齒根部分將產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的逐漸擴展，最終將引起輪齒折斷，這種折斷稱為 疲勞折斷 。 輪齒折斷 —— 有過載折斷（短時突然過載引起）、疲勞折斷（循環(huán)彎應(yīng)力作用引起）兩種情況 ?采取措施 材料及熱處理 增大模數(shù) 增大齒根圓角半徑 消除刀痕：噴丸、滾壓處理； 增大軸及支承剛度 。 折斷發(fā)生在齒根處 ?原因 齒根彎曲應(yīng)力大 齒根應(yīng)力集中 齒面點蝕 —— 齒面金屬脫落而形成麻點狀小坑，稱為齒面疲勞點蝕 。 理論和實踐都證明， 疲勞點蝕首先出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處 。齒面抗點蝕能力主要與齒面硬度有關(guān)，齒面硬度越高，抗點蝕能力越強 。 軟齒面 (HBS≤350)的閉式齒輪傳動常因齒面點蝕而失效。在開式傳動中，由于齒面磨損較快，點蝕還來不及出現(xiàn)或擴展即被磨掉，所以一般看不到點蝕現(xiàn)象。 ?形成原因 輪齒在節(jié)圓附近一對齒受力，載荷大； 滑動速度低形成油膜條件差； 接觸疲勞產(chǎn)生麻點 。 ?采取措施 ： 提高材料的硬度； 加強潤滑，提高油的粘度 ? 在高速重載傳動中，常因嚙合區(qū)溫度升高而引起潤滑失效，致使兩齒面金屬直接接觸并相互粘連，當兩齒面相對運動時，較軟的齒面沿滑動方向被撕下而形成溝紋，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。 ? 在低速重載傳動中，由于齒面間的潤滑油膜不易形成也可能產(chǎn)生膠合破壞。 ? 原因： 高速重載；散熱不良； 滑動速度大；齒面粘連后撕脫 ? 采取措施 減小模數(shù)，降低齒高； 抗膠合能力強的潤滑油； 材料的硬度及配對 ? 齒面磨損 —— 輪齒接觸表面上材料因摩擦而發(fā)生損耗的現(xiàn)象。其后果，使輪齒磨薄導(dǎo)致輪齒斷裂。 主動被動 ? 齒面塑性變形 —— 輪齒材料因屈服產(chǎn)生塑性流動而形成齒面的塑性變形。其后果，使齒面失去正確的齒形，在齒面節(jié)線處產(chǎn)生凸棱。 ?原因 ：重載，齒面軟 ?措施： 提高材料的硬度，減小接觸應(yīng)力，改善潤滑 被動相對滑動方向主動齒輪傳動的計算準則 ? 針對齒輪 不同的失效形式 制定 相應(yīng)的設(shè)計準則 。 ? 閉式軟齒面齒輪 （ ≤ 350HBS）主要失效形式是 齒面疲勞點蝕 ，也可能發(fā)生輪齒折斷及其他失效形式，故應(yīng)按 接觸疲勞強度 的 設(shè)計 公式確定主要尺寸，然后 校核彎曲疲勞強度 。 ? 閉式硬齒面齒輪 （ ＞ 350HBS）主要失效形式是 輪齒折斷 ，也可能發(fā)生齒面疲勞點蝕及其他失效形式，故應(yīng)按 彎曲疲勞強度 的 設(shè)計 公式確定主要尺寸，然后 校核接觸疲勞強度 。 ? 開式齒輪傳動 其主要失效形式是 齒面磨損 ，但往往又因輪齒磨薄后而發(fā)生折斷，而磨損計算尚無可靠的計算方法，故目前多按輪齒齒根 彎曲疲勞強度設(shè)計 ，用適當降低許用應(yīng)力的方法考慮磨損的影響。 167。 58 齒輪材料及熱處理 齒輪材料的選擇基本要求 ? 齒面要硬 — 輪齒齒面有足夠的硬度和耐磨性，有利于提高齒面抗點蝕、膠合、磨損及塑性變形的能力 ? 齒心要韌 — 輪齒芯部有足夠的抗彎曲強度及沖擊韌性；齒輪加工及熱處理性能好； 常用齒輪材料 調(diào)質(zhì)鋼 45 、 鍛鋼 滲碳鋼 40Cr、 鋼 氮化鋼 20CrMnTi 金屬 鑄鋼 ZG310570 鑄鐵 HT250、 QT5005 非金屬：夾布塑膠 尼龍 中小 尺寸 齒輪 用于尺寸大齒輪 低速輕載、尺寸要求不嚴的開式齒輪 用于小功率、精度不高或要求低噪聲的齒輪 常用的齒輪材料 常用的齒輪材料是各種牌號的 優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼和鑄鐵 等。齒輪毛坯一般多采用鍛件或軋制鋼材，當齒輪較大(例如直徑大于 400mm～600mm)而輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼；開式低速傳動可采用灰鑄鐵；球墨鑄鐵有時可代替鑄鋼。 齒輪常用材料及機械性能參見 課本 P77表 54 類 別 牌 號 熱 處 理 硬度（ HBS或 HRC） 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 35 正 火 150～ 180HBS 調(diào) 質(zhì) 180～ 210HBS 表面淬火 40～ 45HRC 45 正 火 170～ 210HBS 調(diào) 質(zhì) 210～ 230HBS 表面淬火 43～ 48HRC 50 正 火 180～ 220HBS 合金結(jié)構(gòu)鋼 40Cr 調(diào) 質(zhì) 240～ 285HBS 表面淬火 52～ 56HRC 35SiMn 調(diào) 質(zhì) 220～ 260HBS 表面淬火 40～ 45HRC 40MnB 調(diào) 質(zhì) 240～ 280HBS 20Cr 滲碳淬火回火 56～ 62HRC 20CrMnTi 滲碳淬火回火 56～ 62HRC 38CrMoAlA 滲 氮 60HRC 鑄 鋼 ZG270500 正 火 140～ 170HBS ZG310570 正 火 160～ 200HBS ZG340640 正 火 180
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