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齿轮传动中轮齿的失效分析及对策_点蚀-论文网

时间:2013-12-04  作者:浦毅
这是轮齿轮齿进入啮合时,轮齿齿面接触处在法向力的作用下将产生很大的接触应力,脱离啮合后接触应力即消失。对齿廓工作面某一固定点来说,它受到的是近似于脉动变化的接触应力。如果接触应力σ>σ齿面上出现不规则的细微的疲劳裂纹,随着裂纹的蔓延、扩展而导致齿面表层上的金属微粒脱落,形成麻点状的凹坑。常首先出现在靠近节线的齿根面上。这是因为,轮齿靠近节线的齿根面接触疲劳强度低,加之啮合处相对滑动速度低,润滑油膜不易形成,摩擦力较大的原因。基于上述原因,为防止过早出现点蚀,可采用提高齿面硬度、增大润滑油的粘度、降低表面粗糙度值减缓点蚀,延长齿轮寿命。但是对速度低的齿轮传动,宜用粘度高一些的润滑油为宜;但对速度较高的齿轮传动(如圆周速度v>12m/s),应用喷油润滑,故宜用粘度低的润滑油。

4齿面胶合

在高速或低速重载的齿轮传动中,由于啮合齿面间的压力较大。相对滑动速度较高,发热量大,使啮合区温度升高,引起润滑油膜破裂,齿面直接接触,产生干摩擦或半干摩擦,而这种摩擦将进一步提升温度,从而在齿面局部产生固有熔焊粘附,继而沿滑动方向撕裂,形成两齿面间表层材料的转移,这种齿面损伤形式称为齿面胶合。它有热胶合和冷胶合两种,在低速重载软齿面齿轮传动之中,由于齿面局部压力较大,有可能使润滑油膜失效,造成齿面金属直接接触并产生塑性变形,接触表面的金属分子相互扩散和局部再结晶而产生局部焊合粘连。当切向滑动时粘结点被撕开,形成冷胶合。当在高速重载的齿轮传动中,齿面温度较高,啮合齿间的润滑油膜由于高温和高压的作用而被破坏,造成齿面金属接触点的熔焊和撕裂。齿面较软的被撕开形成沟槽,较硬的齿面粘附被撕膜的金属附着物,形成热胶合。

防止或减轻齿面胶合的主要措施:(1)采用角度变位齿轮传动一降低啮合开始和终了时的滑动系数;(2)减小模数和齿高一降低滑动速度(3)采用极压润滑油;(4)选用抗胶合性能好的齿轮副材料;(5)材料相同时,使大、小齿轮保持适当硬度差(6)提高齿面硬度和降低表面粗糙度值等。特别是重载高速传动齿轮设计时,除了要使轮齿具有足够的弯曲强度和接触强度外,还应当保证齿面具有一定的抗胶合承载能力,也就是说,在传动齿轮设计时,应当以峰值载荷校核齿轮胶合承载能力,而不是平均荷载。同时,应采取切实措施(如喷油润滑),在保证良好润滑的同时控制啮合区温度。

5齿面塑性流动

齿面较软的齿轮,重载时可能在摩擦力作用下产生齿面塑性流动,从而破坏正确齿形。由于在主动轮齿面的节线两侧,齿顶和齿根的摩擦力方向相背,因此在节线附近形成凹槽;从动轮则相反,由于摩擦力方向相对,因此在节线附近形成凸脊。这种损坏常发生在低速、频繁启动和过载传动中。

适当提高齿面硬度,采用粘度较大的润滑油,可以减轻或防止齿面塑性流动。降低齿面粗糙度,适当选配主、从动齿轮的材料及硬度,进行适当的跑合等也可防止产生齿面塑性流动。此外,还可采用室温油分级等温淬火工艺,获得奥—贝球铁组织。奥—贝球铁组织具有高强度、高延伸率和高冲击值的良好机械性能,具有很高的弯曲疲劳强度和良好的耐磨性能。这一工艺已在泰山-120型小四轮拖拉机最终传动大齿轮得到应用,运行6个月后,未发生断齿及崩碎,齿面无裂纹、点蚀。

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