【正文】 院 汽車工程系 齒面接觸疲勞 齒面點(diǎn)蝕 輪齒折斷 失效形式 點(diǎn)蝕： 輪齒嚙合過程中，接觸面 間產(chǎn)生接觸應(yīng)力（兩物體相互接觸時(shí)，在表面上產(chǎn)生的局部壓力稱為接觸應(yīng)力），該應(yīng)力是脈動循環(huán)變化的，在此應(yīng)力的反復(fù)作用下，齒面表層就會產(chǎn)生細(xì)微疲勞裂紋，封閉在裂紋中潤滑油在壓力的作用下，產(chǎn)生楔擠作用使裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致表層金屬小片狀剝落，出現(xiàn)凹坑，形成麻點(diǎn)狀剝傷，稱為點(diǎn)蝕。 ? 對于軟齒面閉式齒輪傳動： 常因齒面點(diǎn)蝕而失效，故通常先按 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 。 ? 對于開式齒輪傳動： 按 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常 不校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。 ? 短時(shí)過載： 除以上計(jì)算準(zhǔn)則外，還應(yīng)進(jìn)行 靜強(qiáng)度 計(jì)算。 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 齒輪常用材料 齒輪的齒體應(yīng)有較高的 抗折斷能力 ，齒面應(yīng)有較強(qiáng)的 抗點(diǎn)蝕 、 抗磨損 和較高的 抗膠合能力 ，即要求：齒面硬、芯部韌加工工藝性能及熱處理性能良好。 非金屬材料 鋼材的韌性好，耐沖擊，通過熱處理和化學(xué)處理可改善材料的機(jī)械性能，最適于用來制造齒輪。 含碳量為 (～ )%的碳素鋼或合金鋼。 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 表 42 常用齒輪材料及其機(jī)械性能 材料牌號 熱處理方法 強(qiáng)度極限 屈服極限 硬度 (HBS) ζB / MPa ζS / Mpa 齒芯部 齒面 HT250 250 170~241 HT300 300 187~255 HT350 350 197~269 QT5005 500 147~241 QT6002 600 229~302 ZG310570 常化 580 320 156~217 ZG340640 650 350 169~229 45 580 290 162~217 45 217~255 40~50HRC 40Cr 241~286 48~55HRC 調(diào)質(zhì)后表面淬火 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 續(xù)表 42 常用齒輪材料及其機(jī)械性能 材料牌號 熱處理方法 強(qiáng)度極限 屈服極限 硬度 (HBS) ζB / MPa ζS / Mpa 齒芯部 齒面 ZG340~640 700 380 241~269 45 650 360 217~255 30CrMnSi 1100 900 310~360 35SiMn 750 450 217~269 38SiMnMo 700 550 217~269 40Cr 700 500 241~286 20Cr 650 400 300 20CrMnTi 1100 850 300 12Cr2Ni4 1100 850 320 35CrAlA 950 750 255~321 85HV 滲碳后淬火 調(diào)質(zhì) 20Cr2Ni4 1200 1100 350 38CrMnAlA 1000 850 255~321 85HV 夾布膠木 100 25~35 調(diào)質(zhì)后氮化 (氮化層 δ~) 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 齒輪熱處理 ? 1） 調(diào)質(zhì)或正火 ? 2） 整體淬火 ? 3） 表面淬火 ? 4） 滲碳淬火 ? 5） 氮化 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 表面硬度可達(dá) （ 45~55） HRC， 承載能力高，耐磨性強(qiáng) ，適于高速齒輪傳動。不適于沖擊載荷。 正火能 消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能 。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。調(diào)質(zhì)處理后齒面 硬度為： 220~260HBS 。 1)調(diào)質(zhì) 2)正火 3) 整體淬火 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 一般用于 中碳鋼和中碳合金鋼 ，如 4 40Cr等。 4)表面淬火 滲碳鋼為含碳量 ~%的 低碳鋼和低碳合金鋼 ，如 20Cr等。常用于受沖擊載荷的重要傳動。 滲氮是一種化學(xué)處理。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場合 ，如內(nèi)齒輪。其承載能力高，但一般需要磨齒。 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 齒輪材料的選擇原則 1) 齒輪材料必須滿足 工作條件 的要求，如強(qiáng)度、壽 命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等； 2) 應(yīng)考慮 齒輪尺寸大小 ， 毛坯成型方法 及 熱處理 和 制造工藝 ； 3) 正火碳鋼 ，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊 下工作的齒輪； 調(diào)質(zhì)碳鋼 可用于在中等沖擊載荷 下工作的齒輪； 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 6)鋼制軟齒面 齒輪，其配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保 持在 30～ 50HBS或更多。 接觸線單位長度上的最大載荷為： LKFKpp nca ??K為載荷系數(shù)，其值為： K＝ KA Kv Kα Kβ LFp n?Fn 為作用于接觸線上的法向載荷。 3）齒間載荷分配系數(shù) Kα 考慮同時(shí)有 多對齒嚙合 時(shí) 各對輪齒間載荷分配的不均勻 4）齒向載荷分布系數(shù) Kβ 考慮一對齒嚙合時(shí) 載荷沿接觸線分布的不均勻 修緣齒 可以減小內(nèi)部附加動載荷 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 發(fā)電機(jī)、均勻傳送的帶式輸送機(jī) 或板式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、輕 型升降機(jī)、包裝機(jī)、通風(fēng)機(jī)、均 勻密度材料攪拌機(jī)。 橡膠擠壓機(jī)、橡膠和塑料作間斷 的攪拌機(jī)、輕型球磨機(jī)、木工機(jī) 械、鋼坯初軋機(jī)、提升裝置、單 缸活塞泵等。 載荷狀態(tài) 發(fā)電機(jī)、均勻運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī) 蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī) 多 缸 內(nèi)燃機(jī) 單 缸 內(nèi)燃機(jī) 工 作 機(jī) 器 均勻平穩(wěn) 輕微沖擊 中等沖擊 嚴(yán)重沖擊 原動機(jī) 注：表中所列值僅適用于減速傳動，若為增速傳動，應(yīng)乘以 當(dāng)外部的機(jī)械與齒輪裝置間通過撓性件相連接時(shí)， KA可適當(dāng)減小。 4） 盡可能避免懸臂布置； 3） 適當(dāng)限制輪齒寬度； 2） 對稱軸承配置； b 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 改善齒向載荷不均勻的措施： 1） 增大軸、軸承及支座的剛度； 5） 輪齒修形（腰鼓齒）。 (1)一對相嚙合的齒輪， 齒面接觸應(yīng)力相等 。 (3)齒輪傳動的接觸疲勞強(qiáng)度取決于 中心距或齒輪分度圓直徑 。齒頂嚙合時(shí)，彎矩達(dá)最大值。 齒頂受力： Fn，可分解成兩個(gè)分力： F1 = Fn cosγ F2 = Fn sinγ 產(chǎn)生彎曲應(yīng)力； 產(chǎn)生壓應(yīng)力，可忽略 Fn A B A B ζF ζc 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 ][2121 MP azbmYYYKTFSaFa ?? ??∵ h和 S與模數(shù) m相關(guān)， 1102bm dYYYKTY SaFaSaFF??? ??輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式： 故 YFa與模數(shù) m無關(guān)。 ??c o s)(c o s)(62msmhYFa –齒形系數(shù) ζF0 理論彎曲應(yīng)力，考慮齒根處應(yīng)力集中的影響： 應(yīng)力校正系數(shù) 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 表 齒形系數(shù) YFa以及應(yīng)力校正系數(shù) YSa YFa YSa YFa YSa Z(Zv) 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Z(Zv) 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 150 200 ∞ 注： 1)基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為 α =20? 、 h*a= C*= 、 ρ = (m模數(shù) ) 2)對內(nèi)齒輪： 當(dāng) α =20? 、 h*a= C*= 、 ρ = 時(shí)， 齒形系數(shù)： YFa = 。 ， ha*=1， c*=， ρf=) 汽車與交通工程學(xué)院 汽車工程系 11 12 13