小齿轮传动的强度计算

齿轮传动的强度计算、齿轮传动的失效形式和设计准则

齿轮传动：开式传动、闭式传动、半开式传动

（一）齿轮传动的失效形式

轮齿间的接触压力通常是很大的，而且是一种高副线接触，在接触线上将产生很大的接触应力(即局部挤压应力)，并且也是脉冲交变应力。

1、轮齿折断

1）疲劳折断  轮齿是受一脉冲交变应力，在轮齿根部的过渡圆角处发生疲劳裂纹而发生折断。

2）过载折断  短时过载或强烈冲击。

避免措施：选择齿轮模数和齿宽、选用适当材料增大圆角半径、提高齿面加工精度；轮齿进行弯曲强度算等。

2、疲劳点蚀

失效原因：轮齿工作时，表面接触应力按脉动循环变化，由于材料的不均匀性和应力分布的不均匀性，在轮齿相接触的侧面接触应力较大的点，会发生如锈蚀一样的表皮剥落情况，称为疲劳点蚀。

疲劳点蚀是软齿面闭式齿轮传动主要失效形式。

避免措施：采用闭式齿轮传动；轮齿进行齿面接触强度计算；

3、胶合

失效原因：高速重载及润滑和散热不良时，由于发热而使润滑油粘度降低而被挤出，使两轮齿接触面常常出现一种互相焊连起来的现象，称为胶合。当两轮齿齿面相对滑动时，其表面胶合处即被撕下形成胶合痕迹，最后将使轮齿失效。

避免措施：采用有添加剂的抗胶合润滑油；提高齿面硬度和降低粗糙度；

4、齿面磨粒磨损

失效原因：开式齿轮传动，轮齿间将有金属粉末灰尘、污物等进入而成为磨料，使轮齿间形成一种磨料研磨，长期下来即将使轮齿严重磨损而失效。

避免措施：采用闭式传动；提高齿面硬度和降低粗糙度；保证良好的润滑。

5、齿面塑性变形

失效原因：软齿面齿轮，在重载条件下，在轮齿表面出现的金属流动现象。

避免措施：提高齿面硬度，降低工作应力，减小载荷集中。

（二）计算准则

1．开式齿轮传动

主要失效形式齿面磨损，当磨损量过大，产生轮齿折断。

设计准则：按齿根弯曲强度计算。

2．软齿面闭式齿轮传动

主要实效形式是齿面点蚀，点蚀又与齿面接触强度有关。

设计准则：按齿面接触强度计算，并验算齿根弯曲强度。

3．硬齿面闭式齿轮或铸铁齿轮传动

主要失效形式是轮齿折断。

设计准则：按齿根弯曲强度计算，并验算齿面接触强度。

二、齿轮的常用材料及许用应力

（一） 齿轮材料的基本要求

材料要求：齿面硬，齿芯韧、良好的加工工艺性及热处理性能。

（二） 齿轮的常用材料及热处理

1、锻钢

是制造齿轮的主要材料，一般采用含碳量为0.1%—0.6%的碳素钢或合金钢。按轮齿表面硬度要求又可分为：HBS≤350和HBS>350两类。

2、铸钢

通常用于尺寸较大(一般d>400～600㎜)、轮坯不宜锻出的齿轮。

3、铸铁  

一般用于尺寸较大而低速的齿轮，并多采用优质铸铁（如灰铁HT300、球铁QT450—5等）铸造。

4、非金属材料

为消除噪声，对高速、承载小的齿轮，可采用塑料、尼龙、皮革等非金属材料制造，并与金属齿轮相匹配使用。

常用的热处理工艺有：调质、正火（软齿面）；表面淬火、渗碳淬火、渗氮（硬齿面）

（三）许用应力

许用接触力_H按下式计算

式中，

－试验齿轮的接触疲劳极限；

　  S_Hmin－齿面接触疲劳强度最小安全系数。

许用弯曲应力可按下式计算

式中  －试验齿轮的弯曲疲劳极限；

S_wmin－齿根弯曲疲劳强度最小安全系数

三、渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算

（一） 轮齿的受力分析

法向压力：齿轮啮合传动时，若忽略轮齿间的摩擦，则轮齿间存在着沿着法线方向的作用力，称为法向压力，用Fn表示，又称名义载荷。

  

F_n可以分解为两个力：圆周力F_t和径向力F_r

F_t=2T₁∕d₁

F_r= F_ttanα

F_n= F_t∕cosα