齿轮传动论文

目 录
摘 要
关键词
引言
一、齿轮失效及引起失效的因素

齿轮转动的失效形式
摘要：通过对齿轮失效形式的分析，找出相应解决方法，提高机械传动齿轮质量,延长机械设备的使用寿命。分析研究失效形式有助于建立齿轮设计的准则，提出防止和减轻失效的措施。
关键词：失效；轮齿折断；齿面点蚀；齿面胶合；齿面磨损；齿面塑性变形
目录：: 齿轮是现代机械中应用最广泛的重要基础零件之一。齿轮类型很多，有直齿轮、斜齿轮、人字齿等，齿面硬度有软齿面和硬齿面，齿轮转速有高有低，传动装置有开式装置和闭式装置，载荷有轻重之分，因此影响因素很多，所以实际应用中会出现各种不同的失效形式。齿轮的失效主要发生在轮齿部分，其常见失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形五种。
引言：近年来各国在关键零部件损伤失效机理方面开展的基础研究工作,为风电齿轮箱系统的先进设计制造技术的研究与发展奠定了坚实的基础。近年来中国的风电产业蓬勃发展,2011年全国新增装机容量达18GW,居世界第一。必须紧扣齿轮箱设计制造技术的基础理论和发展方向,才能真正缩短我国与世界先进国家在传动系统的设计制造水平方面的显著技术差距。。齿轮传动的失效是机械设备失效的形式之一，是指在运行中失去设计功能或者发生损伤失效。例如，一部机床失去加工精度，一台减速器齿轮断裂，都是失效，有时是部分失效，有时是整体失效。失效分析的任务就是找出失效的主要原因，并以此制定改进措施与对策，以防止同类失效的再次发生。失效分析是提高产品质量的重要手段。通过对大量事故（有些是灾难性事故）进行分析，人们认识到失效分析工作的重要性。在许多现代的先进企业中，失效分析已成为一项重要的工作。材料科学、工程力学、断裂力学、断口金相学、摩擦学、腐蚀科学等学科和无损探伤等检测技术的飞速发展，尤其是电子显微镜的应用，为失效分析奠定了坚实的科学基础，使失效分析成为一门日臻完善的综合性技术。同时，失效分析是一门综合性技术，一个人的知识和经验毕竟有限，对失效事件特别是复杂失效事件的分析，必须与各方面专业人员合作，这就要求失效分析工作者要善于听取各方面的意见，既要敢于坚持真理，又要勇于修正自己的错误判断。为了适应科学技术的发展、教学、科研及生产的需要，我们编写了本书，对常见的失效形式作一分析，并提出预防措施及其对策。在编写时，我们坚持“技以新为贵，商以信为重，业以人为本，人以德为先”的精神。

编写时，注重实用性、科学性和先进性。目前我国已具有相当大的齿轮生产能力，基本上已能够满足各类机械产品的要求，但在实际使用中普遍反映使用寿命较低。这主要是由于我国的齿轮制造技术与国际先进水平相比差距较大，在齿轮设计、用材、制造以及使用等方面都还存在不少问题。如果对这些问题不作系统的分析研究，找出问题所在，从而提出相应的改进措施，齿轮产品质量就难以得到提高。只有对产品一切可能的失效形式、其发生的条件、控制与预防等有深刻的理解，才可以在创造优质产品方面获得成功。这里主要研究的是齿轮的失效分析。

一、
轮齿折断有多种形式，在正常情况下，有以下两种：
过载折断。因短时过载或冲击载荷而产生的折断。过载折断的断口一般都在齿根部位。断口比较平直，并且具有很粗糙的特征。
2）疲劳折断。齿轮在工作过程中，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断轮齿。齿面较小的直齿轮常发生全齿折断，齿面较大的直齿轮，因制造装配误差易产生载荷偏置一端，导致局部折断；斜齿轮和人字齿齿轮，由于接触线倾斜，一般是局部齿折断。
为了提高齿轮的抗折断能力，除设计时满足强度条件外，还可采取下列措施：①采用高强度钢；②采用合适的热处理方式增强轮齿齿芯的韧性；③增大齿根过度圆角半径，消除齿根加工刀痕，齿根处强化处理；④加大齿轮模数；⑤采用正变位齿轮。
为避免轮齿折断，设计时要进行轮齿弯曲疲劳强度计算和静弯曲强度计算。
2 齿面磨损
齿面磨损有磨粒磨损和跑合磨损两种。
在齿轮传动中，随着工作环境的不同，齿面间存在多种形式的磨损情况。当齿面间落入铁屑、砂粒、非金属物等磨粒性物质或粗糙齿面的摩擦时，都会发生磨粒磨损。齿面磨损后，引起齿廓变形，产生振动、冲击和噪声，磨损严重时，由于齿厚过薄而可能发生轮齿折断。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。
新的齿轮副，由于加工后表面具有一定的粗糙度，受载时实际上只有部分峰顶接触。接触处压强很高，因而在开始运转期间，磨损速度和磨损量都较大，磨损到一定程度后，摩擦面渐渐光洁，压强减小、磨损速度缓和，这种磨损成为跑合。人们有意的使新齿轮副在轻载下进行跑合，为随后的正常磨损创造条件。但应注意，跑合结束后，必须清洗和更换润滑油。
提高抗磨粒磨损能

力的措施：①改善密封条件（采用闭式传动代替开式传动或加防护装置）；②提高齿面硬度；③改善润滑条件、在润滑油中加入减摩添加剂、保持润滑油的清洁。
3 齿面点蚀
由于齿面接触应力是按脉动循环变化的（其工作表面上任一点产生的接触应力系由零增加到一最大值），应力经多次反复后，轮齿表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐渐发展扩大导致轮齿表面出现疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果是使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，这种现象就称为齿面疲劳点蚀。发生点蚀后，齿廓形状遭破坏，传动的平稳性受影响并产生振动与噪声，以至于齿轮不能正常工作而使传动失效。实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿面节线附近的齿根部分，这是因为节线附近齿面相对滑动速度小，油膜不宜形成，摩擦力较大，且节线处同时参与啮合的轮齿对数少，接触应力大。点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动的主要失效形式，在开式传动中，由于磨粒磨损比点蚀发展得快，因此不会出现点蚀。
提高齿轮的接触疲劳强度的措施：①提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；②合理选用润滑油粘度，采用黏度较高的润滑油（实践证明：润滑油黏度越低，越易渗入裂纹，点蚀扩展越快）；③减小动载荷；④采用正变位齿轮传动，增大综合曲率半径。
设计时为避免齿面点蚀，应进行齿面接触疲劳强度计算。
4 齿面胶合
胶合是比较严重的黏着磨损，一般发生在齿面相对滑动速度大的齿顶或齿根部位。互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，粘焊金属被撕脱后，齿面上沿滑动方向形成沟痕，这种现象称为胶合。胶合发生在高速重载齿轮传动中，使啮合点处瞬时温度过高，润滑失效， 致使相啮合两齿面金属尖峰直接接触并相互粘连在一起，造成热胶合；发生在重载低速齿轮传动中，不易形成油膜，或由于局部偏载使油膜破坏，会造成冷胶合。齿面一旦出现胶合，不但齿面温度升高，而且齿轮的振动和噪声也增大，导致失效。
提高抗齿面胶合的方法有：①减小模数，降低齿高，降低滑动系数；②加入极压添加剂的润滑油；③采用齿廓修形，提高传动平稳性；采用抗胶合能力强的齿轮材料；④提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；⑤材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差。
5 齿面塑性变形
塑性变形属于轮齿永久变形，是由于在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。当轮齿材料较软，载荷很大时，轮齿在啮合过程中，齿面油膜被破坏，

摩擦力增大，而塑性流动方向和齿面所受摩擦力的方向一致，齿面表层的材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形。齿面塑性变形常发生在齿面材料较软、低速重载的传动中。常出现在低速重载、频繁启动和过载传动中。主动轮齿上所受摩擦力是背离节线分别朝向齿顶及齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面沿节线处变成凹槽。从动轮齿上所受的摩擦力方向则相反，塑性变形后，齿面沿节线处形成凸脊。
结论：由于轮齿工况不同，材质各异，环境条件也有差别，因此产生上述轮齿主要失效形式的诱因往往很复杂，但可以从以下几个方面进行分析、查找。
1 设计方面的失误
齿轮装置的设计，技术上要求较高，并且要有一定的经验。因此，由于齿轮设计的失误而造成齿轮失效的事故时有发生
2 对作用在轮齿上载荷估计不足
轮齿上所受的载荷一般可分三部分，即：名义载荷，可视为齿轮传递的名义功率。
外部动载荷，它取决于原动机、从动机的特性、轴和联轴器系统的质量、刚度以及运行状态。
内部动载荷，这是由于齿轮本身制造误差、轮齿刚度等因素产生的载荷
通常精确确定轮齿上的载荷是非常困难的较好的办法是进行实测或对传动系统进行全面分析。但是，这种复杂的方法不是处处可以采用的，因此在齿轮设计中，对载荷估计不足是常见的。
3齿轮装置结构的设计不合理
例如轴承安装方式或安装位置不合适，轴或齿轮箱的刚度太差，密封不可靠，
箱体散热面积不足等，都可能导致轮齿不同形式的损伤和失效。


潞安职业技术学院毕业论文

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