第9章 啮合传动强度计算.ppt
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1、9-5 齿轮传动的强度计算齿轮传动的强度计算9.5.1 齿轮传动的失效形式、设计准则齿轮传动的失效形式、设计准则9.5.2 齿轮的材料及选择原则齿轮的材料及选择原则9.5.3 齿轮传动的强度计算齿轮传动的强度计算9.5.4 设计参数的选择设计参数的选择9.5.5 齿轮的结构齿轮的结构设计:潘存云9.5.1.齿轮传动的失效形式及计算准则齿轮传动的失效形式及计算准则轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式设计:潘存云一般发生在齿根处,严重过载突然断裂、疲劳折断。潘存云教授研制合理选材、增大圆角半径、合理选材、增大圆角半径、齿根强化齿根强化一、一、齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式9.5.1.齿轮传动的失
2、效形式齿轮传动的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面接触应力按脉动循环变化当超过疲劳极限时,表面产生微裂纹、高压油挤压使裂纹扩展、微粒剥落。点蚀首先出现在节线处,提高硬度、增大润滑油粘度、减小动载荷可减缓点蚀,抗点蚀能力越强。软齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效。齿面点蚀齿面点蚀9.5.1.9.5.1.轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿顶或齿根部位易胶合。高速重载传动中,常因啮合区温度升高而引起润滑失效,致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时,较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。措施:措施:1.提高齿面硬度提高齿面硬度
3、2.减小模数减小模数3.增加润滑油粘度增加润滑油粘度低速4.加极压添加剂加极压添加剂高速设计:潘存云9.5.1 轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损措施:措施:1.减小齿面粗糙度减小齿面粗糙度2.改善润滑、密封条件改善润滑、密封条件3.提高齿面硬度提高齿面硬度磨粒磨损磨粒磨损跑合磨损跑合磨损跑合磨损、磨粒磨损。设计:潘存云9.5.1 9.5.1 轮齿的失效形式轮齿的失效形式轮齿折断轮齿折断失效形式失效形式齿面点蚀齿面点蚀齿面胶合齿面胶合齿面磨损齿面磨损从动齿从动齿主动齿主动齿齿面塑性变形齿面塑性变形从动齿从动齿主动齿主动齿
4、从动齿从动齿主动齿主动齿从动齿从动齿主动齿主动齿措施:措施:1.用粘度高的润滑油用粘度高的润滑油2.提高齿面硬度提高齿面硬度2.齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则1)闭式软齿面齿轮传动)闭式软齿面齿轮传动 按齿面按齿面接触疲劳强度设计,校核齿根弯曲接触疲劳强度设计,校核齿根弯曲疲劳强度疲劳强度2)闭式硬齿面齿轮传动)闭式硬齿面齿轮传动 按齿根按齿根弯曲疲劳强度设计,校核齿面接触弯曲疲劳强度设计,校核齿面接触疲劳强度疲劳强度3)开式齿轮传动)开式齿轮传动 按齿根弯曲疲劳按齿根弯曲疲劳强度设计,将设计获得的模数放大强度设计,将设计获得的模数放大10%-15%,再取标准值,再取标准值9.5.2 齿
5、轮的材料及选择原则齿轮的材料及选择原则常用常用齿轮材料齿轮材料优质碳素钢优质碳素钢合金结构钢合金结构钢铸钢铸钢铸铁、非金属材料铸铁、非金属材料热处理方法热处理方法表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火调质调质正火正火渗氮渗氮 一般用于中碳钢和中碳合金钢,如一般用于中碳钢和中碳合金钢,如45、40Cr等。等。表面淬火后轮齿变形小,可不磨齿,硬度可达表面淬火后轮齿变形小,可不磨齿,硬度可达5256HRC,芯软面硬,能承受一定冲击载荷。,芯软面硬,能承受一定冲击载荷。1.1.表面淬火表面淬火-高频淬火、火焰淬火高频淬火、火焰淬火齿芯韧、齿面硬2.2.渗碳淬火渗碳淬火 渗碳钢为含碳量渗碳钢为含碳量0.150
6、.25%的低碳钢和低碳合金的低碳钢和低碳合金钢,如钢,如20、20Cr等。齿面硬度达等。齿面硬度达5662HRC,齿面接,齿面接触强度高,耐磨性好,齿芯韧性高。常用于受冲击载触强度高,耐磨性好,齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。荷的重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。调质一般用于中碳钢和中碳合金钢,如调质一般用于中碳钢和中碳合金钢,如4545、40Cr40Cr、35SiMn35SiMn等。调质处理后齿面硬度为:等。调质处理后齿面硬度为:20260HBS 20260HBS。因为硬度不高,故可在热处理后精切。因为硬度不高,故可在热处理后精切齿形,且在使用中易于跑合。齿形,且
7、在使用中易于跑合。3.3.调质调质4.正火正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HRC。氮化处理温度低,轮齿变形小,适用于难。氮化处理温度低,轮齿变形小,适用于难以磨齿的场合,如内齿轮。材料为:以磨齿的场合,如内齿轮。材料为:38CrMoAlA.5.渗氮渗氮特点及应用:特点及应用:调质、正火处理后的
8、硬度低,调质、正火处理后的硬度低,HBS 350HBS 350,属属软齿面,工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面,工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时,因小轮齿根薄,弯曲强度低,故在选材和软齿面时,因小轮齿根薄,弯曲强度低,故在选材和热处理时,小轮比大轮硬度高热处理时,小轮比大轮硬度高:3050HBS3050HBS,热处理,热处理后切齿。后切齿。表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高,硬度高,属硬齿面。其承载能力高,但一般需要磨齿。常用于属硬齿面。其承载能力高,但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。先切齿后热处理,精度高时再磨齿。结构紧凑的
9、场合。先切齿后热处理,精度高时再磨齿。材料牌号材料牌号热处理方法热处理方法齿齿 面面 硬硬 度度/MPa/MPa/MPa/MPaHBSHBSHRCHRC3535正火正火150-180150-180380+0.7HBS380+0.7HBS140+0.2HBS140+0.2HBS调质调质180-210180-210表面淬火表面淬火40-4540-45500+11 HRC500+11 HRC160+2.5HRC160+2.5HRC4545正火正火170-210170-210380+0.7HBS380+0.7HBS140+0.2 HBS140+0.2 HBS调质调质229-286229-286表面淬火
10、表面淬火43-4843-48500+11 HRC500+11 HRC160+2.5HRC160+2.5HRC40Cr40Cr调质调质240-285240-285380+HBS380+HBS155+0.3HBS155+0.3HBS表面淬火表面淬火52-5652-56500+11HRC500+11HRC160+2.5HRC160+2.5HRC35SiMn35SiMn调质调质200-260200-260380+HBS380+HBS155+0.3HBS155+0.3HBS表面淬火表面淬火40-4540-45500+11 HRC500+11 HRC160+2.5HRC160+2.5HRC40MnB40M
11、nB调质调质240-280240-280380+HBS380+HBS155+0.3HBS155+0.3HBS20Cr20Cr渗碳淬火渗碳淬火56-6256-6223 HRC23 HRC5.8 HRC5.8 HRC20CrMnTi20CrMnTi渗碳淬火渗碳淬火56-6256-62ZG270-500ZG270-500正火正火140-170140-170180+0.8 HBS180+0.8 HBS120+0.2 HBS120+0.2 HBSZG310-570ZG310-570正火正火160-220160-220ZG340-640ZG340-640正火正火180-220180-220ZG35SiMn
12、ZG35SiMn正火正火160-220160-220340+HBS340+HBS125+0.25 HBS125+0.25 HBS调质调质200-250200-250HT200HT200170-230170-230120+HBS120+HBS30+0.1HBS30+0.1HBSHT300HT300187-255187-255QT500-5QT500-5147-241147-241170+1.4HBS170+1.4HBS130+0.2HBS130+0.2HBSQT600-2229-302二、齿轮材料的选择原则二、齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多,选择时应参考下述原则:齿轮材料的种类很多,选择时
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