《齿轮的失效形式》PPT课件.ppt

1齿轮的失效形式 4 1齿轮传动 2齿轮材料及热处理 本章要求 3齿轮传动精度 4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 7齿轮的构造 8齿轮传动的润滑和效率 6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 本节要求 掌握齿轮的失效形式 形成的机理及措施 4 5渐开线齿轮失效形式 齿轮传动过程中 若齿轮发生折断 齿面损坏等现象 则齿轮失去了正常的工作能力 称为失效 什么叫失效 齿轮轮齿的失效形式轮齿的失效形式多种多样 较为常见的有轮齿折断 齿面点蚀 磨损 胶合和塑性变形等等 齿轮传动 闭式传动开式传动半开式传动 封闭在箱体内 润滑条件好 外露 润滑较差 易磨损 介于上两者之间 有防护罩 1 轮齿折断 疲劳折断 过载折断 全齿折断 常发生于齿宽较小的直齿轮 局部折断 常发生于齿宽较大的直齿轮 和斜齿轮 措施 增大齿根圆角半径 提高齿面精度 增大模数等 2 齿面点蚀 点蚀常发生于闭式软齿面 HBS 350 传动中 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近 开式传动中一般不会出现点蚀现象 措施 提高齿面硬度和齿面质量 3 齿面胶合 配对齿轮采用异种金属时 其抗胶合能力比同种金属强 措施 采用异种金属 降低齿高 提高齿面硬度等 4 齿面磨损 是开式传动的主要失效形式 措施 改善润滑和密封条件 5 齿面塑性变形 措施 提高齿面硬度 采用油性好的润滑油 一 齿轮材料 2齿轮材料及热处理 二 热处理 一 齿轮材料 金属材料 45号钢 中碳合金钢 铸钢 低碳合金钢 铸铁 非金属材料 选材时考虑 工作条件 载荷性质 经济性 制造方法等 齿轮毛坯锻造 选可锻材料 铸造 选可铸材料 二 热处理 调质 正火 表面淬火 渗碳淬火 渗氮 软齿面 改善机械性能 增大强度和韧性 硬齿面 接触强度高 耐磨性好 可抗冲击 配对齿轮均采用软齿面时 小齿轮受载次数多 故材料应选好些 热处理硬度稍高于大齿轮 约30 40HBS 11 3齿轮传动的精度 误差对齿轮传动的影响 1 影响传递运动的准确性 2 影响传动的平稳性 3 影响载荷分布的均匀性 精度等级 13个精度等级 第0级最高 第12级的最低 齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取成相同 P162表11 2列出了精度等级的荐用范围 设计时可参考 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 一 齿轮上的作用力 二 计算载荷 一 齿轮上的作用力 在驱动力矩作用下 主动轮齿沿啮合线受到来自从动轮齿的法向力作用 由于直齿圆柱齿轮法面与端面重合 因此 作用在端面内 可分解成圆周力和径向力 各力的方向 各力关系 作用在主动轮和从动轮上的对应力等值反向 即 各作用力方向判断 Ft1与主动轮回转方向相反 Ft2与从动轮回转方向相同 Fr1 Fr2分别指向各自齿轮的轮心 例 注意 各力应画在啮合点上 二 计算载荷 名义载荷 机器铭牌上给定的载荷或经受力分析得到的载荷 如等 计算载荷 实际计算时 为尽可能接近实际情况 需要计入影响受力效果的各种因素 制造 安装误差 轮齿 轴和轴承受载后的变形 原动机与工作机的不同性能 传动中工作载荷与工作速度的变化等 以系数的形式对名义载荷进行修正 名义载荷的修正值称为计算载荷 如等 计算齿轮强度时 名义载荷Fn通常用计算载荷KFn代替 以考虑载荷集中和附加动载荷的影响 K为载荷系数 其值由P164表11 3查取 5直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 齿轮强度计算的主要目的是避免失效 闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断 开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损和齿根弯曲疲劳折断 当零件在受载时是高副接触 受载后由于变形 其接触处为一小面积 通常该面积很小 而表层产生的局部应力却很大 这种应力称为接触应力 齿面疲劳点蚀与齿面的接触应力的大小有关 根据赫兹公式可计算齿面的最大接触应力 负号用于内接触 工作时的接触应力 齿根部分靠近节线处最易发生点蚀 所以取节点处的接触应力为计算依据 节点处的齿廓曲率半径是 由于节点处只有一对齿啮合 所以载荷由一对齿承担 其中K为载荷系数 载荷系数根据原动机的类型及工作机械的载荷特性确定 见表11 3 335是两个齿轮的材料均为钢时的结果 许用接触应力 齿面接触强度条件 一对齿轮 当材料 传动比及齿宽系数一定时 齿轮的中心距和直径由齿面接触强度决定 而模数的大小与接触强度无关 齿面接触强度的设计公式 齿宽系数 a越大 则中心距越小 若结构的刚性不够 齿轮制造 安装不准确 则齿宽过大容易发生载荷集中现象 使轮齿折断 轻型减速机取 a 0 2 0 4 中型减速机取 a 0 4 0 6 重型减速机取 a 0 8 a 0 4时 通常采用斜齿或人字齿 若配对的齿轮材料不都是钢 则计算中系数应改为乘以 若配对齿轮材料为钢对铸铁 公式中系数改为285 若配对齿轮材料为铸铁对铸铁 公式中系数改为250 许用接触应力 H 的计算 式中 Hlim是齿轮的接触疲劳极限 由图11 7查取 SH为齿面接触疲劳安全系数 按表11 4查取 6直齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲强度计算 根据载荷由一对轮齿承担 当载荷作用于齿顶时 齿根所受到的弯曲力矩最大 计算时将轮齿看作为悬臂梁 危险截面用30o切线法确定 作与轮齿对称中心线成30o夹角并与齿根圆角相切的斜线 而认为两切点连线是危险截面 危险截面处的齿厚为SF 法向力Fn分解为与轮齿圆周方向相一致的F1和与径向方向相一致的径向力F2 弯矩 M F1 hF 危险截面的弯曲截面系数 W b sF2 6 矩形截面 KFnhFcos F 危险截面的弯曲应力为 齿轮弯曲强度验算公式 其中 YF为齿形系数 它与齿形中的尺寸比例有关 与模数无关 对于标准齿轮仅决定于齿数 正常齿制标准齿轮YF见图11 9 因为YF1和YF2不同 F1 和 F2 也不同 验算时应分别验算两个齿轮的弯曲强度 轮齿弯曲强度设计公式 计算中 代入YF1 F1 和YF2 F2 中比值较大值 计算后的模数应圆整为标准模数值 弯曲许用应力计算式 其中 Flim是齿轮的齿根弯曲疲劳极限 由图11 10查取 当轮齿为双侧工作的齿轮时 将数据乘以0 7 SF为轮齿弯曲疲劳安全系数 由表11 4查取 软齿面闭式齿轮传动先按齿面接触强度确定传动尺寸 然后验算轮齿弯曲强度 硬齿面闭式齿轮传动 先按轮齿弯曲强度进行设计计算 然后验算齿面接触强度 开式齿轮传动 按闭式齿轮传动的强度公式进行计算 许用弯曲应力应乘以0 7 0 8 齿轮传动设计时 首先按主要失效形式进行强度计算 确定其主要尺寸 然后对其他失效形式进行必要的校核 例题闭式直齿圆柱齿轮传动 电动机驱动 单向转动 载荷有中等冲击 传动比i 3 7 高速轴转速n1 745r min 传动功率P 17kW 确定该传动齿轮 1 选择材料并确定许用应力小齿轮用40MnB调质处理 HB260 1 大齿轮用ZG35SiMn调质处理 HB225 2 查得 Hlim1 700N mm2 Hlim2 540N mm2 SH 1 1 3 Flim1 240N mm2 Flim2 180N mm2 SF 1 3 4 2 按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造 载荷系数取K 1 5 齿宽系数 a 0 4 5 取z1 32 z2 iz1 3 7 32 118 6 模数m 2a z1 z2 2 220 2 32 118 2 94 取m 3mm 中心距a m z