《機械設計基礎》課程漸開線標準直齒圓柱齒輪失效分析與設計準則主講人：陳恒超濟南職業學院目

錄content01失效形式02齒輪傳動的設計準則濟南職業學院漸開線標準直齒圓柱齒輪失效分析與設計準則濟南職業學院一、失效形式1.輪齒折斷

輪齒折斷一般發生在根部。硬度高的鋼制齒輪和鑄鐵齒輪由于嚴重過載或沖擊載荷引起的輪齒突然折斷，稱為過載折斷。嚴重磨損的輪齒，由于齒厚變薄，也容易發生彎曲過載折斷。輪齒在交變應力作用下，齒根處產生的彎曲應力最大，當彎曲應力超過彎曲疲勞極限時，將產生疲勞裂紋并逐漸擴大，最終引起輪齒折斷，這種折斷稱為彎曲疲勞折斷。圖6.15輪齒折斷

防止彎曲過載折斷的辦法是，禁止超載使用；防止彎曲疲勞折斷的辦法是，保證輪齒彎曲疲勞強度，加大齒根圓角以緩和應力集中。漸開線標準直齒圓柱齒輪失效分析與設計準則濟南職業學院一、失效形式2.齒面點蝕

輪齒在傳動過程中嚙合后，齒面接觸面處會產生接觸應力。經過長期脈動循環的接觸應力作用下，在齒面節點附近，最初出現針尖大小的麻點，隨著應力循環次數的增加，麻點就會逐漸擴大，甚至數點連成一片，最后形成明顯的齒面損傷。這種疲勞稱為齒面疲勞點蝕，如圖6.16(a）所示。防止的辦法是:限制接觸應力，提高齒面硬度，以保證齒面接觸強度。齒面疲勞點蝕是閉式齒輪傳動的主要失效形式。(a)點蝕(b)膠合(c)磨損圖

6.16輪齒點蝕

、膠合

、磨損漸開線標準直齒圓柱齒輪失效分析與設計準則濟南職業學院一、失效形式3.齒面膠合由于此時兩齒面間的相對滑動，將較軟金屬表面沿滑動方向滑傷、撕脫，形成溝紋，嚴重時甚至相互咬死，這種現象稱為膠合。低速重載的齒輪傳動，齒面間油膜不易形成，也會發生膠合。防止膠合的辦法有：采用大黏度或有抗膠合添加劑的潤滑油，提高齒面硬度、改善齒面精度，配對齒輪采用不同的材料，對于高速重載傳動加強散熱等。(a)點蝕(b)膠合(c)磨損圖

6.16輪齒點蝕

、膠合

、磨損漸開線標準直齒圓柱齒輪失效分析與設計準則濟南職業學院一、失效形式4.齒面磨損輪齒在嚙合過程中的相對滑動，引起齒輪的齒面磨損。在開式齒輪傳動中，當其工作面間進入沙粒、鐵屑等硬顆粒磨料性物質，齒面即被逐漸磨損形成磨粒磨損，導致齒形破壞，引起附加動載荷和噪聲，致使輪齒失效，磨損后齒厚變薄會造成輪齒折斷，如圖6.16(c)所示。(a)點蝕(b)膠合(c)磨損圖

6.16輪齒點蝕

、膠合

、磨損防止磨粒磨損辦法是：采用閉式傳動，保持良好的清潔和潤滑，提高齒面硬度。漸開線標準直齒圓柱齒輪失效分析與設計準則濟南職業學院一、失效形式5.齒面塑性變形在低速、重載的作用下，齒面間的正壓力和與之形成的摩擦力都較大，較軟一側的齒面在較硬一側齒面的推擠作用下，產生局部塑性變形，破壞正確齒形。防止塑性變形的辦法是：提高齒面硬度，遵守操作規程。漸開線標準直齒圓柱齒輪失效分析與設計準則濟南職業學院二、齒輪傳動的設計準則

分析齒輪傳動在不同的工作條件下的失效形式，對應于不同的設計準則，選擇相應的設計準則進行設計計算。對一般齒輪傳動進行設計計算時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度和保證齒面接觸疲勞強度這兩種設計準則進行。漸開線標準直齒圓柱齒輪失效分析與設計準則濟南職業學院二、齒輪傳動的設計準則（2）對于以淬火鋼或鑄鐵等為齒輪材料的閉式硬齒面（齒面硬度>350HBS）齒輪傳動，其主要失效是輪齒的折斷，其計算準則為：按齒根彎曲疲勞強度設計齒輪的主要參數，再對所設計出的齒輪進行齒面接觸疲勞強度校核。（3）對于開式齒輪傳動，其主要失效形式是磨粒磨損和因磨損導致的輪齒折斷，計算準則為：按齒根彎曲疲勞強度進行設計計算，確定齒輪的模數，考慮磨損因素，再將模數增大10%~20%，而無需校核接觸強度。（1）對于以正火或調質鋼為齒輪材料的閉式軟齒面（齒面硬度≤350HBS）