輪齒的失效形式及設計準則

機械本122呂世偉江漢大學專用作者：潘存云教授輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷潘存云教授研制一般發生在齒根處，嚴重過載突然斷裂、疲勞折斷。一、輪齒的失效形式失效形式潘存云教授研制江漢大學專用作者：潘存云教授提高輪齒抗折斷能力的措施：（1）增大齒根過渡圓角半徑，消除加工刀痕，減小齒根應力集中；

（2）增大軸及支承的剛度，使輪齒接觸線上受載較為均勻；（3）采用合適的熱處理，使輪齒芯部材料具有足夠的韌性；（4）采用噴丸、滾壓等工藝對，對齒根表層進行強化處理。江漢大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制齒面接觸疲勞齒面接觸應力按脈動循環變化當超過疲勞極限時，表面產生微裂紋、高壓油擠壓使裂紋擴展、微粒剝落。點蝕首先出現在節線處，齒面越硬，抗點蝕能力越強。軟齒面閉式齒輪傳動常因點蝕而失效。齒面點蝕§10-2輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式江漢大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制齒面點蝕齒面膠合高速重載傳動中，常因嚙合區溫度升高而引起潤滑失效，致使齒面金屬直接接觸而相互粘連。當齒面向對滑動時，較軟的齒面沿滑動方向被撕下而形成溝紋。措施：

1.提高齒面硬度2.減小齒面粗糙度3.增加潤滑油粘度低速4.加抗膠合添加劑高速§10-2輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式江漢大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制齒面膠合齒面磨損措施：1.減小齒面粗糙度2.改善潤滑條件，清潔環境磨粒磨損跑合磨損跑合磨損、磨粒磨損。齒面點蝕§10-2輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式一、輪齒的失效形式3.提高齒面硬度江漢大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒從動齒主動齒潘存云教授研制齒面膠合齒面磨損齒面點蝕§10-2輪齒的失效形式及設計準則輪齒折斷失效形式齒面塑性變形一、輪齒的失效形式潘存云教授研制表面凸出表面凹陷江漢大學專用作者：潘存云教授二、齒輪的設計準則▲保證足夠的齒根彎曲疲勞強度，以免發生齒根折斷▲保證足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發生齒面點蝕由工程實踐得知：▲閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強度為主▲對高速重載齒輪傳動，除以上兩設計準則外，還應按齒面抗膠合能力的準則進行設計▲閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強度為主江漢大學專用作者：潘存云教授一、對齒輪材料性能的要求齒輪的齒體應有較高的抗折斷能力，齒面應有較強的抗點蝕、抗磨損和較高的抗膠合能力，即要求：齒面硬、芯部韌。齒輪材料及選用準則常用齒輪材料鍛鋼鑄鋼鑄鐵常作為低速、輕載、不太重要的場合的齒輪材料；適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。非金屬材料二、常用齒輪材料鋼材的韌性好，耐沖擊，通過熱處理和化學處理可改善材料的機械性能，最適于用來制造齒輪。耐磨性及強度較好，常用于大尺寸齒輪。含碳量為0.15%

~0.6%的碳素鋼或合金。一般用齒輪用碳素鋼，重要齒輪用合金鋼。江漢大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制表10-1常用齒輪材料及其機械性能材料牌號熱處理方法強度極限屈服極限硬度HBSσB

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MPa

σS

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MPa

齒芯部齒面HT250250170~241HT300300187~255HT350350197~269QT500-5500147~241QT600-2600229~302ZG310-570常化

580320156~217ZG340-640650350169~22945580290162~21745

217~25540~50HRC

40Cr

241~28648~55HRC

調質后表面淬火江漢大學專用作者：潘存云教授潘存云教授研制續表10-1常用齒輪材料及其機械性能材料牌號熱處理方法強度極限屈服極限硬度HBSσB

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齒芯部齒面ZG340~640700380241~26945650360217~25530CrMnSi1100900310~36035SiMn750450217~26938SiMnMo700550217~26940Cr700500241~28620Cr65040030020CrMnTi110085030012Cr2Ni4110085032035CrAlA950750255~321>85HV滲碳后淬火調質20Cr2Ni41200110035038CrMnAlA1000850255~321>85HV夾布膠木

10025~35調質后氮化(氮化層δ>0.3~0.5)江漢大學專用作者：潘存云教授熱處理方法表面淬火滲碳淬火正火滲氮一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr等。表面淬火后輪齒變形小，可不磨齒，硬度可達52~56HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。1.表面淬火——高頻淬火、火焰淬火三、齒輪材料的熱處理和化學處理2.滲碳淬火滲碳鋼為含碳量0.15%

~0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr等。齒面硬度達56~62HRC，齒面接觸強度高，耐磨性好，齒芯韌性高。常用于受沖擊載荷的重要傳動。通常滲碳淬火后要磨齒。調質江漢大學專用作者：潘存云教授調質一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn等。調質處理后齒面硬度為：220~260HBS。因為硬度不高，故可在熱處理后精切齒形，且在使用中易于跑合。3.調質4.正火正火能消除內應力、細化晶粒、改善力學性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。滲氮是一種化學處理。滲氮后齒面硬度可達60~62HRC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場合，如內齒輪。材料為：38CrMoAlA.5.滲氮江漢大學專用作者：潘存云教授特點及應用：調質、正火處理后的硬度低，HBS≤350，屬軟齒面，工藝簡單、用于一般傳動。當大小齒輪都是軟齒面時，因小輪齒根薄，彎曲強度低，故在選材和熱處理時，小輪比大輪硬度高:20~50HBS表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結構緊湊的場合。江漢大學專用