齿根弯曲疲劳强度计算-机械设计

失效形式→相应的计算准则 1、闭式齿轮传动 主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合 软齿面：主要是点蚀、其次是折断，按σH设计，按σF校核 硬齿面：与软齿面相反 高速重载还要进行抗胶合计算
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2、开式齿轮传动
第 6章
齿轮传动
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主要失效为：轮齿折断、磨粒磨损 按σF设计，增大m考虑磨损 3、短期过载传动 过载折断 齿面塑变 静强度计算
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第 6章
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三、齿面胶合——严重的粘着磨损 现象：齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。 原因：高速重载—v↑,Δt ↑,油η↓,油膜破坏,表面金属直接接触，
融焊→相对运动→撕裂、沟痕。
低速重载——P↑、v ↓，不易形成油膜→冷胶合。 后果：引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废。 改善措施： 1）采用抗胶合性能好的齿轮材料对。 2）采用极压润滑油。
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第 6章
齿轮传动
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第 6章 齿 轮 传 动
6.1 概述
6.2 齿轮传动的失效形式及设计准则
6.3 齿轮常用的材料和许用应力
6.4 齿轮传动的计算载荷和载荷系数
6.5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 6.6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 6.7 直齿锥齿轮传动的强度计算 6.8 变位齿轮传动的强度计算简介（自学） 6.9 齿轮的结构 6.10 齿轮传动的润滑
失效形式
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一、轮齿折断
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常发生于闭式硬齿面或开式传动中。
现象：①局部折断
②整体折断
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原因：• 疲劳折断
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位臵：均始于齿根受拉应力一侧。
① 轮齿受多次重复弯曲应力作用，齿根受拉一侧产生疲劳裂纹。 σ
1 σ t 齿双侧受载
2
3 齿单侧受载
t
齿根弯曲 应力最大
缺点： 1）制造费用大，需专用机床和设备；
2）精度低时，振动、噪音大； 3）不适于中心距大的场合。
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二、分类
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1、按两轴线位臵分
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2、按工作条件分（失效形式不同） 开式传动：低速传动，润滑条件差，易磨损； 半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入； 闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内，润滑良好，使用广泛。 3、按齿面硬度分（失效形式不同）
6.3 齿轮材料和许用应力 一、材料要求
表面硬、芯部韧、较好的加工和热处理性能
常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。 现象：节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。
原因：σH＞[σH]
脉动循环应力 1）齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹； 2）节线处常为单齿啮合，接触应力大；
3）节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，
摩擦力大，易产生裂纹。
4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。 （油粘度越小，裂纹扩展越快）
3）↓表面粗糙度，↑HB。
4）材料相同时，使大、小齿轮保持一定硬度差。 5）↓m→↓齿面h→↓齿面vs（必须满足σF）。
6）角度变位齿轮，↓啮合开始和终了时的vs。
7）修缘齿，修去一部分齿顶，使vs大的齿顶不起作用。
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四、齿面磨粒磨损
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常发生于开式齿轮传动。
现象：金属表面材料不断减小
斜齿轮：接触线倾斜 改善措施： 1）d一定时，z↓，m↑； 2）正变位；
齿根厚度↑ ↑抗弯强度
3）提高齿面硬度(HB↑)→[σF] ↑；
4）↑齿根过渡圆角半径；
5）↓表面粗糙度，↓加工损伤； 6）↑轮齿精度； 7）↑支承刚度。
↓应力集中
改善载荷分布
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二、齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）
软齿面：HB≤350；
硬齿面：HB＞350。 三、基本要求
1、传动平稳（i=const）。——运动要求 2、承载能力高。 ——传递动力要求
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6.2 失效形式
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典型机械零件设计思路： 分析失效现象 →失效机理（原因、后果、措施） →设计准则 →建立简化力学模型 →强度计算→主要参数尺寸 →结构设计。 齿轮的失效发生在轮齿，其它部分很少失效。 轮齿折断 齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀） 齿面胶合 齿面损伤 齿面磨粒磨损 齿面塑性流动
齿面较软时，重载下，Ff↑——材料塑性流动（流动方向沿Ff） 主动轮1：齿面相对滑动速度方向vs指向节线，所以Ff背离节线， 塑变后在齿面节线处产生凹槽。
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从动轮2：vs背离节线，Ff指向节线，塑
变后在齿面节线处形成凸脊。
改善措施：1）↑齿面硬度
2）采用η↑的润滑油 六、计算准则
原因：相对滑动+硬颗粒(灰尘、金属屑末等)
润滑不良+表面粗糙。
后果：正确齿形被破坏、传动不平稳, 齿厚减薄、抗弯能力↓→折断 改善措施： 闭式：1）↑HB,选用耐磨材料; 2）↓表面粗糙度; 3）↓滑动系数; 4）润滑油的清洁;
开式：5）加防尘罩。
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五、齿面塑性流动
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该失效主要出现在低速重载、频繁启动和过载场合。
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点蚀机理
点蚀实例
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11Hale Waihona Puke Baidu
传动失效
后果：齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑，传动不平稳
接触面↓，承载能力↓ 软齿面齿轮：收敛性点蚀，相当于跑合；
跑合后，若σH仍大于[σH]，则成为扩展性点蚀。 硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。 ——扩展性点蚀 开式传动：无点蚀（∵v磨损>v点蚀） 改善措施： 1）HB↑——[σH] ↑ 3）↑润滑油粘度 （↑接触强度） 2）↓表面粗糙度，↑加工精度
σF＞[σF]
② 齿根应力集中(形状突变、刀痕等)，加速裂纹扩展→折断 • 过载折断 受冲击载荷或短时过载作用，突然折断，尤其见于 脆性材料（淬火钢、铸钢）齿轮。 后果：传动失效
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直齿轮
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齿宽b较小时，载荷易均布 ——整体折断 齿宽b较大时，易偏载 ——载荷集中在齿一端 ——局部折断
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6.1 概述
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齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。 已达到的水平： P——1×105kW D——33m 一、主要优缺点 优点： 1）形闭合，效率高(0.98~0.99)；
v——300m/s
n——105r/min
2）工作可靠，寿命长；
3）结构紧凑，外廓尺寸小； 4）瞬时i 为常数。