齒 輪 斷 齒 分 析

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1、齒輪斷齒分析鄭州機(jī)械研究所羅強(qiáng)那鳳玲林彤齒輪是一種復(fù)雜的機(jī)械零件，它的參數(shù)設(shè)計、材料熱處理、強(qiáng)度計算、制造工藝、精度檢測以及安裝調(diào)試等等都是較為復(fù)雜的，而這一系列工作過程控制的是否嚴(yán)格，都對齒輪的工作質(zhì)量，如強(qiáng)度、噪聲壽命等有很大的影響，特別是有些項目控制的好，強(qiáng)度和壽命可成倍的提高；控制的不好，則成倍的下降。下面就我們所遇到的具體問題做一分析。某汽車變速箱常嚙合及五檔齒輪在工作中出現(xiàn)了斷齒問題。使用時間：一般為一萬公里左右。斷口清洗后觀察為超前疲勞斷裂，斷齒部位在齒根圓角過渡處。一、齒輪參數(shù)五檔：Dp=11常嚙合：D

2、p=11an=17.5°an=17.5°b=29°4ˊ112b≈25°hax>1hax>1Z1=51Z2=21Z1=51Z2=21二、齒輪的材料及熱處理齒輪采用20CrMnTi低碳合金鋼，這種材料用于小截面的滲碳淬火齒輪性能較好。原始材料：σb≥1979N／mm2。σs≥883N／mm2δ≥8％Y≥50ak≥78.5J/cm2對齒輪的熱處理要求，圖紙標(biāo)注為：滲碳層深0.7~1.1表面硬度：HRC58~63心部硬度：HRC30~43經(jīng)檢測齒輪內(nèi)在質(zhì)量報告見附錄1三、精度檢測在PFSU1200漸開線檢查儀上，測齒輪的齒形公

3、差及齒向公差，檢測曲線見附錄2。參考被測齒輪的剃前滾刀圖，并在投影放大儀上，實測齒輪的齒根圓角半徑r≈0.15mm（0.3~0.4mm）。四、強(qiáng)度計算中載荷的確定該車發(fā)動機(jī)最大功率為了70.6KW，最大輸出扭矩為245N．m，使用條件多為使用者超載運輸。該車馬力大，速度高有超載的可能，這就給超載使用提供了條件。所以本計算以最大扭矩在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2200rpm時計。強(qiáng)度計算使用GB3480—83“漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法”的計算機(jī)軟件進(jìn)行，至于其它輸入?yún)?shù)及運算結(jié)果均顯示于附錄3的打印結(jié)果中。需要說明的是，附錄中的

4、兩打印結(jié)果是分別用不同的齒根圓角半徑r＝0.15mn和r＝0.42mn進(jìn)行計算的。五、齒輪基本情況分析l、精度檢測可知，齒形有中凹現(xiàn)象，而齒向非工作齒面稍好，工作齒面呈較大的偏斜狀，而與之相嚙合的齒輪則呈相應(yīng)的嚙合偏斜狀。此現(xiàn)象出現(xiàn)，分析可能是五檔齒輪在斷前處于軸承剛度不足而形成的。這樣就會給齒輪工作帶來附加載荷。2、經(jīng)計算該汽車齒輪齒頂高系數(shù)均大于1，達(dá)1.25左右。這對提高齒的柔性、重合度及降低噪聲有利。但對彎曲強(qiáng)度帶來不利影響，經(jīng)驗算五檔齒輪的彎曲強(qiáng)度在各方面條件較理想時(特別是在齒根圓角半徑r＝0.42mn時)

5、彎曲應(yīng)力的安全系數(shù)也剛剛超過1。這對齒輪的加工工藝的實施提出了嚴(yán)格的要求。3、經(jīng)檢測五檔及常嚙合齒輪的齒根圓角半徑為r＝(0.3～0.4)mm≈0.15mn。經(jīng)強(qiáng)度計算，這時齒輪的彎曲強(qiáng)度應(yīng)力的安全系數(shù)(見計算結(jié)果)小于1。這就為早期斷齒提供了依據(jù)。而當(dāng)將齒輪齒根圓角半徑放大為0.97mm(0.42mn)時，則齒輪彎曲應(yīng)力安全系數(shù)是可以通過的。4、經(jīng)內(nèi)在質(zhì)量檢測，該車齒輪的材料、熱處理狀況均符合圖紙要求見檢查報告。六、斷齒原因分析從以上幾點分析可以看出，該車變速箱齒輪早期疲勞斷齒原因：l、使用條件超載是基本原因2、在材

6、料熱處理狀況過關(guān)的情況下，齒根圓角半徑過小，連標(biāo)準(zhǔn)剃前滾刀規(guī)定值r＝0.3mn的條件都未達(dá)到，這是斷齒的一個重要原因。根據(jù)計算可知，加大齒根圓角半徑，可大大提高齒輪的彎曲強(qiáng)度，提高抗斷齒效果。3、滲碳淬火齒輪能在齒面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，本來對提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是十分有利的，但由于滲碳淬火過程中，表面脫碳、晶界氧化，影響至齒面的顯微組織，致使材料的性能達(dá)不到予定要求，對于這一影響可采用齒根噴丸處理或采用真空淬火工藝來加以改善。目前通過加大齒根圓角半徑(把齒根變?yōu)橐粏螆A弧)及噴丸處理，該變速箱已通過了實驗場地試驗，達(dá)到了使

7、用要求。參考文獻(xiàn)：l、汽車齒輪1982、32、機(jī)械傳動1992、23、第四屆全國齒輪強(qiáng)度與試驗學(xué)術(shù)會議論文集1991、124、GB3480—83漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法參考文獻(xiàn)1[日]中島宏興，荒本透。關(guān)于Cr—Mo表面硬化鋼的等溫較變曲線齒面熱處理[1]上海市科學(xué)技術(shù)編譯館出版1965年8月第一版[日]中島宏興，騰并中行關(guān)于Cr—Mo表面硬化鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線齒輪熱處理[1]同上2《熱處理手冊》編委會、熱處理手冊(四)附錄67—68機(jī)械工業(yè)出版社1978出版4[蘇]IOM拉赫金和A、P拉赫斯塔德特主編機(jī)械制造

8、中的熱處理手冊P917上海技術(shù)文獻(xiàn)出版社1986年2月第二版5汽車齒輪用鋼技術(shù)條件本新l一88—90GB3077—82合金結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)條件6根據(jù)“汽車齒輪鋼滲碳性能研究”中數(shù)據(jù)整理，長春材料研究所1991.67施愛國高純凈度SCM420H齒輪鋼的應(yīng)用研究第二汽車制造廠工藝研究所1990．98趙振東滲層齒輪有效硬化層深度不均勻性的分