齿轮的失效形式和齿轮材料选择.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date齿轮的失效形式和齿轮材料选择9.7 齿轮的失效形式和齿轮材料选择9.6 齿轮的失效形式和齿轮材料选择9.6.1 轮齿的失效形式 齿轮传动是由轮齿来传递运动和动力的，在齿轮传动过程中，因轮齿发生折断、齿面报坏娜现象·使齿轮失去了正常的工作能力，这种现象称为齿轮的失效。常见齿轮的失效形式有以下五种:v 轮齿折断轮齿折断常在齿根部发生(图9.6-1)。因为轮齿受载时，齿根部受到的弯曲应力最大。图9.6-1 轮齿折断轮齿折断的原因有两种:一种是轮齿短时，过载或受过大的冲击载荷致使轮齿折断，这种折断称为过载折断。另一种是轮齿在交变应力的反复作用下,在轮齿根部产生疲劳裂纹，随着重复次数的增加，裂纹不断扩展，直至轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。轮齿折断是开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动中轮齿失效的主要形式之一。轮齿折断常常是突然现象，不仅使机器不能正常运作，甚至还会造成重大事故，因此应特别注意。防止轮齿折断的措施如下:A适当增加齿根部位过渡圆角，减小齿根处的应力集中。B选择适当的模数和齿宽，保证轮齿的强度。C采用合适的材料和齿面强化措施（如喷丸)。D提高齿面加工精度。v 齿面点蚀轮齿点蚀多发生在靠近节线的齿根表面处(图9.6-2)。轮齿在传递动力时，由于齿面的弹性变形，形成微小的接触面积，在其表面产生很大的接触应力，轮齿在变化的接触应力反复作用下，当应力值超过材料的接触疲劳极限时，轮齿表面会产生细微的疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展致使齿面表层的小块金属剥落，形成齿面麻点（或麻坑），这种现象称为渡劳点蚀（简称点蚀)。图9.6-2 齿面点蚀齿面点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动中轮齿失效的主要形式之一。在开式齿轮传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩散，即被磨掉，因此一般不出现点蚀现象。点蚀使轮齿工作表面损坏，造成传动不平稳和产生噪声，轮齿啮合情况逐渐恶化而报废。为防止齿面发生点蚀，可采用提高齿面硬度，降低表面粗糙度值和增大润滑油黏度等措施。v 齿面磨损 齿面磨损产生的原因:A齿轮在传动过程中，工作齿面间有相对滑动。B齿面不干净，有金属微粒、砂粒、灰尘等进入轮齿啮合区域,引起磨料性磨损。C润滑不好。齿面磨损常是润滑条件不好、易受灰尘及有害物质任袭的开式齿轮传动的主要失效形式之一(图9.6-3)。9.6-3 齿面磨损齿面磨损严重时，渐开线齿廓被破坏，使齿侧间隙增大而引起传动不平稳，产生冲击和嗓声，甚至会因齿厚过渡磨擦发生轮齿折断。减小齿面磨损的措施:提高齿面硬度，降低轮齿表面粗糙度值，尽可能采用润滑条件良好的闭式传动等。v 齿而胶合在重载高速的齿轮传动中，常因啮合处的高压接触使温度升过高，破坏了齿面的润滑油膜，造成两齿轮齿面金属直接接触，以致局部金属粘结在一起。随着传动过程的继续，较硬金属齿面将较软的金属表层沿滑动方向撕划出沟槽，这种现象称为齿面胶合(图9.6-4)。图9.6-4 齿面胶合齿面胶合常发生在靠近节线的齿顶表面处。齿面发生胶合现象后，齿面被破坏，使轮齿失效。防止齿面胶合的措施:A提高齿面硬度，降低轮齿表面粗糙度值。B采用黏度大的润滑油。C两齿轮选择不同材料。D齿面塑性变形。v 齿面塑性变形若齿轮材质较软，轮齿表面硬度不高，当工作于低速重载和频繁启动情况下，由于受较大载荷和摩擦力的作用，可能使齿面表层金属沿相对滑动方向发生局部的塑性流动，出现齿面的塑性变形。发生塑性变形时，主动轮轮齿表面沿着节线形成凹沟，从动轮轮齿表面沿着节线产生凸棱(图9.6-5).塑性变形严重时，在齿顶边缘处会出现飞边。图9.6-5 轮齿塑性变形齿面的塑性变形破坏了齿廓的形状，导致齿轮轮齿失效，则齿轮传动丧失工作能力。防止塑性变形的主要措施:A提高齿面硬度。B采用黏度大的润滑油。C尽量避免频繁启动和过载。9.6.2齿轮材料的选择v 对齿轮材料的基本要求A轮齿表面应有较高的强度和良好的耐磨性能。B轮齿芯部应有足够的强度和韧性，使齿根具有良好的夸曲强度和抗冲能力C有良好的加工工艺性能和热处理性能。v 齿轮材抖的选择A一般齿轮选择多采用锻钢；尺寸大，结构比较复杂的齿轮多采用铸钢或球墨铸铁；开式装置中不重要的低速齿轮可采用铸铁，参见表9.6。B应使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高20-50 HBS。C一般中、低速齿轮，齿面硬度HBS<350 ,可采用45钢.45Mn2等，并经调质处理。v 一般中、高速重载齿轮。齿面硬度HBS> 350，可用中碳钢、中碳合金钢经调质、表面淬火；或低碳钢、低碳合金钢经渗碳、淬火、低温回火。表9.6 齿轮的常用材料及其机械性能材料牌号 热处理抗拉强度屈服强度硬度应用范围 优质碳素钢45 正火 580290169217HBS低速轻载调质650360217255HBS低速中载表面淬火7504504050HBS高速中载或低速重载，冲击很小合金钢40Cr调质700550240260HBS中速中载表面淬火9006504855HBS高速中载20Cr渗碳淬火6504005662HBS高速中载承载冲击20CrMnTi渗碳淬火11008505662HBSZG340640正火调质650700350380170230HBS240270HBS中速、中载QT600-2正火600220280HBS低中速轻载，有小的冲击HT200HT300人工时效200300170230HBS187235HBS低速轻载，冲击很小-