3.4.1齿轮失效形式与材料选择.pptx

3.4.1齿轮失效形式与材料选择

一、齿轮的失效形式1.轮齿折断从形态看,轮齿折断有整体折断和局部折断两种形式。整体折断一般发生在齿根,这是因为轮齿相当于一个悬臂梁,受载后轮齿根部产生的弯曲应力最大,而且是交变应力。当齿轮单侧受载时,应力呈脉动循环变化；当齿轮双侧受载时,应力呈对称循环变化。轮齿在周期变化的弯曲应力作用下,齿根过渡部分常存在应力集中,当应力值超过材料的弯曲疲劳极限时,齿根处产生疲劳裂纹,裂纹逐渐扩展,致使轮齿整体折断,这种折断称为疲劳折断,如图所示。局部折断通常发生于轮齿的一端,这是由于载荷集中造成的。3.4.1齿轮失效形式与材料选择

防止轮齿折断：首先应对轮齿进行抗弯疲劳强度计算,使齿轮必须具有足够的模数；其次采用增大齿根过渡圆角半径、降低表面粗糙度，减轻加工过程中的损伤等工艺措施,有利于提高轮齿抗疲劳折断的能力；再次,尽可能消除载荷的分布不均匀现象,可有效避免轮齿的局部折断。3.4.1齿轮失效形式与材料选择

2.齿面点蚀轮齿工作时,齿面接触处产生很大的接触应力,脱离啮合后接触应力消失,对齿面某一固定点来说它受到的接触应力是周期变化的脉动循环应力。当这种接触应力超过了轮齿材料的接触疲劳极限时,齿面产生裂纹,裂纹扩展致使表层金属微粒脱落,形成一些浅坑(小麻点),这种现象称为齿面点蚀,如图所示。齿面点蚀通常出现在润滑良好的闭式齿轮传动中。实践表明,点蚀的部位发生在轮齿齿面节线附近靠齿根的一侧,这是由于该处通常只有一对轮齿啮合,接触应力较高,轮齿间相对滑动速度小,润滑油膜不易形成的缘故。为防止齿面过早点蚀,可采用提高齿面硬度,降低齿面粗糙度,使用粘度较高的润滑油等措施。一般在闭式软齿面齿轮设计时,应按齿面接触疲劳强度进行设计计算。齿面点蚀疲劳点蚀3.4.1齿轮失效形式与材料选择

3.齿面磨损轮齿在啮合过程中存在相对滑动,致使齿面间产生摩擦、磨损。当金属微粒、砂粒、灰尘等硬质磨粒进入轮齿间时引起磨粒磨损,如图所示。齿面磨损使渐开线齿廓破坏,齿厚减薄,致使侧隙增大而引起冲击和振动。而且还会因齿厚减薄使强度降低而导致轮齿折断。?闭式齿轮传动中,只要经常注意润滑油的更换和清洁,一般不会发生磨粒磨损。而开式齿轮传动中,由于磨损速度较快,通常齿面还来不及达到点蚀的程度,其表层材料就已被磨粒,引起磨粒磨损,因此点蚀现象一般不会发生。齿面磨损3.4.1齿轮失效形式与材料选择

4.齿面胶合在高速重载齿轮传动中,由于轮齿齿面受到很大的压力,润滑油膜容易破裂；而在低速重载齿轮传动中,齿面润滑油膜不易形成,这些都会造成轮齿啮合区局部相互接触的齿面发生高温粘连或是压力粘连。同时齿廓间存在相对滑动,致使齿面金属被撕落下来,在齿面沿滑动方向出现条状伤痕,这称为胶合,如图所示。3.4.1齿轮失效形式与材料选择

5.齿面塑性变形重载时,在摩擦力作用下,轮齿表层材料将沿着摩擦力方向发生塑性流动,导致主动齿轮齿面节线处出现凹坑,从动齿轮齿面节线处出现凸脊,此称为齿面塑性变形,如图所示。齿面塑性变形使齿形被破坏,直接影响齿轮的正常啮合。为防止齿面的塑性变形,可采用提高齿面硬度,选用粘度较高的润滑油等措施。塑性变形3.4.1齿轮失效形式与材料选择

二、齿轮的材料及其选择对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧。1、常用的齿轮材料钢：碳钢合金钢铸铁：用于低速、轻载、不太重要的场合；非金属材料：如尼龙、塑料等。适用于高速、轻载、且要求降低噪音的场合。齿轮的毛坯：锻造铸造：适用于中、小尺寸的齿轮。：适用于形状复杂、尺寸大的齿轮。2、常用的热处理方法：调质、正火：－－得软齿面，强度低，工艺简单。3.4.1齿轮失效形式与材料选择

适用于中碳钢整体淬火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮等：淬火后需磨齿，工艺复杂。适用于低碳钢不需磨齿－－得硬齿面，强度高。3、齿轮材料选用的基本原则齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高20～50HBS。硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。3.4.1齿轮失效形式与材料选择

常用齿轮材料及其力学性能3.4.1齿轮失效形式与材料选择

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