齒輪的失效形式和齒輪材料選擇

1、9.6 齒輪的失效形式和齒輪材料選擇9.6.1 輪齒的失效形式 齒輪傳動是由輪齒來傳遞運動和動力的，在齒輪傳動過程中，因輪齒發(fā)生折斷、齒面報壞娜現(xiàn)象·使齒輪失去了正常的工作能力，這種現(xiàn)象稱為齒輪的失效。常見齒輪的失效形式有以下五種:v 輪齒折斷輪齒折斷常在齒根部發(fā)生(圖9.6-1)。因為輪齒受載時，齒根部受到的彎曲應(yīng)力最大。圖9.6-1 輪齒折斷輪齒折斷的原因有兩種:一種是輪齒短時，過載或受過大的沖擊載荷致使輪齒折斷，這種折斷稱為過載折斷。另一種是輪齒在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下,在輪齒根部產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著重復(fù)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴展，直至輪齒折斷，這種折斷稱為疲勞折斷。輪齒折斷是開式齒

2、輪傳動和硬齒面閉式齒輪傳動中輪齒失效的主要形式之一。輪齒折斷常常是突然現(xiàn)象，不僅使機器不能正常運作，甚至還會造成重大事故，因此應(yīng)特別注意。防止輪齒折斷的措施如下:A適當增加齒根部位過渡圓角，減小齒根處的應(yīng)力集中。B選擇適當?shù)哪?shù)和齒寬，保證輪齒的強度。C采用合適的材料和齒面強化措施（如噴丸)。D提高齒面加工精度。v 齒面點蝕輪齒點蝕多發(fā)生在靠近節(jié)線的齒根表面處(圖9.6-2)。輪齒在傳遞動力時，由于齒面的彈性變形，形成微小的接觸面積，在其表面產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，輪齒在變化的接觸應(yīng)力反復(fù)作用下，當應(yīng)力值超過材料的接觸疲勞極限時，輪齒表面會產(chǎn)生細微的疲勞裂紋，裂紋逐漸擴展致使齒面表層的小塊金屬剝落

3、，形成齒面麻點（或麻坑），這種現(xiàn)象稱為渡勞點蝕（簡稱點蝕)。圖9.6-2 齒面點蝕齒面點蝕是潤滑良好的閉式齒輪傳動中輪齒失效的主要形式之一。在開式齒輪傳動中，由于齒面磨損較快，點蝕還來不及出現(xiàn)或擴散，即被磨掉，因此一般不出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象。點蝕使輪齒工作表面損壞，造成傳動不平穩(wěn)和產(chǎn)生噪聲，輪齒嚙合情況逐漸惡化而報廢。為防止齒面發(fā)生點蝕，可采用提高齒面硬度，降低表面粗糙度值和增大潤滑油黏度等措施。v 齒面磨損 齒面磨損產(chǎn)生的原因:A齒輪在傳動過程中，工作齒面間有相對滑動。B齒面不干凈，有金屬微粒、砂粒、灰塵等進入輪齒嚙合區(qū)域,引起磨料性磨損。C潤滑不好。齒面磨損常是潤滑條件不好、易受灰塵及有害物質(zhì)任襲

4、的開式齒輪傳動的主要失效形式之一(圖9.6-3)。9.6-3 齒面磨損齒面磨損嚴重時，漸開線齒廓被破壞，使齒側(cè)間隙增大而引起傳動不平穩(wěn)，產(chǎn)生沖擊和嗓聲，甚至?xí)螨X厚過渡磨擦發(fā)生輪齒折斷。減小齒面磨損的措施:提高齒面硬度，降低輪齒表面粗糙度值，盡可能采用潤滑條件良好的閉式傳動等。v 齒而膠合在重載高速的齒輪傳動中，常因嚙合處的高壓接觸使溫度升過高，破壞了齒面的潤滑油膜，造成兩齒輪齒面金屬直接接觸，以致局部金屬粘結(jié)在一起。隨著傳動過程的繼續(xù)，較硬金屬齒面將較軟的金屬表層沿滑動方向撕劃出溝槽，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合(圖9.6-4)。圖9.6-4 齒面膠合齒面膠合常發(fā)生在靠近節(jié)線的齒頂表面處。齒面發(fā)生膠

5、合現(xiàn)象后，齒面被破壞，使輪齒失效。防止齒面膠合的措施:A提高齒面硬度，降低輪齒表面粗糙度值。B采用黏度大的潤滑油。C兩齒輪選擇不同材料。D齒面塑性變形。v 齒面塑性變形若齒輪材質(zhì)較軟，輪齒表面硬度不高，當工作于低速重載和頻繁啟動情況下，由于受較大載荷和摩擦力的作用，可能使齒面表層金屬沿相對滑動方向發(fā)生局部的塑性流動，出現(xiàn)齒面的塑性變形。發(fā)生塑性變形時，主動輪輪齒表面沿著節(jié)線形成凹溝，從動輪輪齒表面沿著節(jié)線產(chǎn)生凸棱(圖9.6-5).塑性變形嚴重時，在齒頂邊緣處會出現(xiàn)飛邊。圖9.6-5 輪齒塑性變形齒面的塑性變形破壞了齒廓的形狀，導(dǎo)致齒輪輪齒失效，則齒輪傳動喪失工作能力。防止塑性變形的主要措施:A

6、提高齒面硬度。B采用黏度大的潤滑油。C盡量避免頻繁啟動和過載。9.6.2齒輪材料的選擇v 對齒輪材料的基本要求A輪齒表面應(yīng)有較高的強度和良好的耐磨性能。B輪齒芯部應(yīng)有足夠的強度和韌性，使齒根具有良好的夸曲強度和抗沖能力C有良好的加工工藝性能和熱處理性能。v 齒輪材抖的選擇A一般齒輪選擇多采用鍛鋼；尺寸大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的齒輪多采用鑄鋼或球墨鑄鐵；開式裝置中不重要的低速齒輪可采用鑄鐵，參見表9.6。B應(yīng)使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高20-50 HBS。C一般中、低速齒輪，齒面硬度HBS<350 ,可采用45鋼.45Mn2等，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。v 一般中、高速重載齒輪。齒面硬度HBS> 350，可用中碳鋼、中碳合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)、表面淬火；或低碳鋼、低碳合金鋼經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火。表9.6 齒輪的常用材料及其機械性能材料牌號 熱處理抗拉強度屈服強度硬度應(yīng)用范圍 優(yōu)質(zhì)碳素鋼45 正火 580290169217HBS低速輕載調(diào)質(zhì)650360217255HBS低速中載表面淬火7504504050HBS高速中載或低速重載，沖擊很小合金鋼40Cr調(diào)質(zhì)700550240260HBS中速中載表面淬火9006504855HBS高速中載20Cr滲碳淬火6504005662HBS高速中載承載沖擊20CrMnTi滲碳淬火11008505662HBSZG340640正火調(diào)質(zhì)6507