【文章內(nèi)容簡介】 行工作的，輪齒是齒輪直接參與動(dòng)作的部位，所以齒輪的失效一般會(huì)發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、輪齒折斷、齒面磨損、塑性變形以齒面膠合等。齒輪傳動(dòng)的失效形式雖一般不可能同時(shí)發(fā)生，但卻會(huì)是互相影響的。例如齒面的點(diǎn)蝕總會(huì)加劇輪齒的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會(huì)導(dǎo)致輪齒折斷。在一定條件下，因?yàn)樯鲜龅谝弧⒍N失效形式是主要的，因此設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作條件分析其可能發(fā)生的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對(duì)于軟齒面(硬度≤350HBS)的閉式齒輪傳動(dòng)，潤滑條件良好，齒面點(diǎn)蝕將是主要的失效形式，在設(shè)計(jì)時(shí)，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。對(duì)于硬齒面(硬度350HBS)的閉式齒輪傳動(dòng)，抗點(diǎn)蝕能力較強(qiáng)，輪齒折斷的可能性大，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。開式齒輪傳動(dòng)，主要失效形式是齒面磨損。但由于磨損的機(jī)理比較復(fù)雜，目前尚無成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，故只能按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為了延長開式、半開式齒輪傳動(dòng)的壽命，可用增大模數(shù)10％20％的辦法來考慮磨損的影響。由于本次設(shè)計(jì)的手推割草機(jī)的齒輪傳動(dòng)屬于開式、半開式傳動(dòng)，因此需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件。齒輪傳動(dòng)通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和力，并可以改變運(yùn)動(dòng)的方向和速度。齒輪傳動(dòng)使用范圍廣，效率較高，傳動(dòng)比恒定，使用壽命長。在機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程中，不但要做到材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作要求，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，減少消耗，降低成本。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至失效或者會(huì)造成成本的提高，資源的浪費(fèi)。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項(xiàng)比較重要的工作。為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪材料及其它的熱處理應(yīng)根據(jù)工作條件和材料的特點(diǎn)來選取。對(duì)齒輪材料的基本要求是：應(yīng)使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時(shí)應(yīng)具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達(dá)到齒輪的各種技術(shù)要求。鋼制齒輪的熱處理方法主要有以下幾種：(1)表面淬火 常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45號(hào)鋼、40Cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般可達(dá)到40～55HRC。特點(diǎn)是抗疲勞點(diǎn)蝕能力強(qiáng)、抗膠合能力高，耐磨性好。由于齒心部末淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受稍微小的沖擊載荷。(2)滲碳淬火 常用于低碳鋼和低碳合金鋼，如20Cr鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)56～62HRC，而齒心部仍保持較高的韌性，輪齒的執(zhí)彎強(qiáng)度和齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動(dòng)。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進(jìn)行磨齒。(3)滲氮 滲氮是一種表面化學(xué)熱處理。滲氮后不需要進(jìn)行其他熱處理，齒面硬度可達(dá)700～900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉻、銅、鉛等合金元素的滲氮鋼，如38CrMoAlA。(4)調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如440Cr、35SiMn鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220～280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進(jìn)行。(5)正火 正火能細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，改善切削性能和力學(xué)性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理。一般要求的齒輪傳動(dòng)可采用軟齒面齒輪。為了減小膠合的可能性，并使配對(duì)的大小齒輪壽命相當(dāng)，通常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出3050HBS。這是因?yàn)樾↓X輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。對(duì)于高速、重載或重要的齒輪傳動(dòng)，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。從材料本身價(jià)格來考慮。碳鋼和鑄鐵的價(jià)格是比較低廉的，因此在滿足零件機(jī)械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應(yīng)情況來看，應(yīng)盡可能減少材料的進(jìn)口量及價(jià)格昂貴材料的使用量。綜上所述，選擇小齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼，同樣經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理，硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。各類機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍列于下表中，按載荷及速度推薦的齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)如下圖所示。各類機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍：表41齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)機(jī) 器 名 稱精 度 等 級(jí)機(jī) 器 名 稱精 度 等 級(jí)汽輪機(jī)3～6拖拉機(jī)6～8金屬切削機(jī)床3～8通用減速器6～8航空發(fā)動(dòng)機(jī)4～8鍛壓機(jī)床6～9輕型汽車5～8起重機(jī)7～10載重汽車7～9農(nóng)業(yè)機(jī)器8～11人力手推式割草機(jī)屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械，速度、精度要求都不高，故選用8級(jí)精度（GB10095——88）。（1）按圖41所示的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。齒輪精度為8級(jí)。小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。閉式齒輪傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，以齒數(shù)多一些為好，小齒輪的齒數(shù)可取Z=20~40。開式、半開式齒輪傳動(dòng)，由于輪齒主要為磨損失效，為使輪齒不致過小，故小齒輪不宜選用過多的齒數(shù)，一般可取小齒輪齒數(shù)Z=17~20。初選小齒輪齒數(shù)Z2=20,根據(jù)傳動(dòng)比i12=1：，為了使各個(gè)相嚙合齒對(duì)磨損均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，Z2和Z1一般互為質(zhì)數(shù)，故可取大齒輪的齒數(shù)為Z1=106。 圖41傳動(dòng)簡圖（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由《人機(jī)工程手冊》查得人的持續(xù)推力為 15—20kg ,由于外輪的轉(zhuǎn)速n1=60103/，根據(jù)傳動(dòng)比i12=1：，則小齒輪的轉(zhuǎn)速為n2==，取 F=2010=200N，人的步行速度為60米/分，則P=FV== kW，根據(jù)公式算得： （3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表107選取齒寬系數(shù)=。（4）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（105）得輪齒的彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為： （mm）（5）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=380MPa；2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖1018取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN2=, KFN1=；3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=，由式（1012）得： MPa MPa4）計(jì)算載荷系數(shù)K。 K=KAKVKFαKFβ= 5)查取齒形系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表105查得YFa2 =；YFa1 =。6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表105查得YSa2=； YSa1=。7)計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。 = 大齒輪的數(shù)值大。（6）設(shè)計(jì)計(jì)算 為了延長開式、半開式齒輪傳動(dòng)的壽命