機械零部件的可靠性設計培訓教材(編輯修改稿)
2025-03-28 06:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 失效形式： 常見的有輪齒折斷和工作齒面的磨損、點蝕、膠合及塑性變形。 理想方法： 通過對實際工作的齒輪進行試驗，取得工作應力、強度極限的分布規(guī)律，根據(jù)應力、強度干涉理論推導出齒輪可靠性設計的表達式。 存在問題： 由于影響齒輪工作應力和強度極限的因素很多，加之齒輪的工作壽命又較長，往往很難用實際工作的齒輪進行試驗并取得數(shù)據(jù)。 解決方法： 將常規(guī)設計公式中的設計參數(shù)作為隨機變量，將由手冊中查出的數(shù)據(jù)按統(tǒng)計量處理，進行可靠性設計。 判斷齒輪失效的基本準則是齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度。 1）齒輪輪齒的故障模式及其特征 故障模式特征 舉 例 損壞部位示意圖 表面接觸疲勞損傷 麻點疲勞剝落 在輪齒節(jié)圓附近，由表面產(chǎn)生裂紋，造成深淺不同的點狀或豆狀凹坑 承受較高的接觸應力的軟齒面（正火調(diào)質(zhì)狀態(tài)）和部分硬齒面齒輪 淺層疲勞剝落 在輪子齒節(jié)圓附近，由內(nèi)部或表面產(chǎn)生裂紋，造成深淺不同、面積大小不同的片狀剝落 承受高接觸應力的重載硬齒面（表面經(jīng)強化處理）齒輪 硬化層剝落 經(jīng)表面強化處理的齒輪在很大接觸應力作用下，由于應力 /強度比值大于 ，在強化層過渡區(qū)產(chǎn)生平筆于表面的疲勞裂紋，造成硬化層壓碎，大塊剝落 承受高接觸應力的重戴硬齒面（表面經(jīng)強化處理）齒輪 齒輪彎曲斷裂 疲勞斷齒 表面硬化（滲碳、碳氮共滲、感應淬火等）齒輪，一般在輪齒承受最大交變彎曲應力的齒輪根部產(chǎn)生疲勞斷裂。斷口呈疲勞特征 承受彎曲應力較大的變速箱齒輪和最終傳動齒輪等 過載斷齒 一般發(fā)生在輪齒承受最大彎曲應力的齒根部位，由于材料脆性過大或突然受到過載和沖擊，在齒根處產(chǎn)生脆性折斷，斷口粗糙 變速箱齒輪等 磨損 磨粒磨損 潤滑介質(zhì)中含有類角硬質(zhì)顆粒和金屬屑粒，尤如刀刃切削輪齒表面，使齒面幾何形狀發(fā)生畸變，嚴重時會使齒頂變尖，磨得像刀刃一樣 在有灰沙環(huán)境工作的開式齒輪，礦山機械傳動齒輪等 腐蝕磨損 在潤滑介質(zhì)中含有化學腐蝕成分，與材料表面發(fā)生化學和電化學反應，產(chǎn)生紅褐色腐蝕產(chǎn)物（主要是二氧化鐵），受嚙合磨擦和潤滑劑的沖刷而脫落 在化學腐蝕環(huán)境中工作的齒輪 膠合磨損 輪齒表面在相對運動時，由于速度大，齒面接觸點局部溫度升高（熱粘合）或低速重載（冷粘合）使表面油膜破壞，產(chǎn)生金屬局部粘合而又撕裂，一般在接近齒頂或齒根部位速度大的地方，造成與軸線重直的刮傷痕跡和細小密集的粘焊節(jié)瘤，齒面被破壞，噪音變大 高速傳動齒輪、蝸桿等 齒端沖擊磨損 變速箱換檔齒輪在換檔時齒端部受到?jīng)_擊載荷，使齒端部產(chǎn)生磨損、打毛或崩角 變速箱換檔齒輪受多次換檔沖擊載荷作用 齒面塑性變形 塑性變形 在瞬時過載和磨擦力很大時，軟齒面齒輪表面發(fā)生塑性變形，呈現(xiàn)凹溝、凸角和飛邊，甚至使齒輪扭曲變形造成輪齒塑性變形 軟齒面齒辦過載 壓痕 當有外界異物或從輪齒上脫落的金屬碎片進入嚙合部位，在齒面上壓出凹坑，一般凹痕線平，嚴重時會使輪齒局部變形 齒輪嚙合時有異物壓入 塑變折皺 硬齒面齒輪（尤其是雙曲線齒輪）當短期過載磨擦力很大時，齒面出現(xiàn)塑性變形現(xiàn)象，呈波紋形折皺，嚴重破壞齒廓 硬齒面齒輪過載 齒輪故障模式所占比例 序 號 齒輪故障模式 占總故障模式所占比例 /% 1 疲勞斷齒 2 過載斷齒 3 輪齒碎裂 4 輪子轂撕裂 5 表面疲勞 6 表面磨損 7 齒面塑性變形 2）齒面接觸疲勞強度的可靠性設計 ? 確定齒面接觸應力的分布參數(shù) 常規(guī)設計時齒面接觸工作應力的計算公式為 式中， σ H為齒面接觸工作應力， Mpa； [σ H]為齒面許用接觸應力， Mpa； ZH為節(jié)點嚙合區(qū)域系數(shù)； ZE為彈性影響系數(shù)，按國標查出， CZE=~； Zε 為重合度系數(shù)； Zβ 為螺旋角影響因素； ? ?HHHVAtEHH KKKKiibd FZZZZ ?? ???? ????? 11 Ft為齒輪端面內(nèi)與分度圓相切的工作齒面間的作用力，或稱端面分度圓
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