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齿轮螺旋角变化对强度的影响

齿轮螺旋角变化对强度的影响

由于一般齿轮磨削加工时齿根都不磨加工,渗碳过程中产生的脱碳层遗留在工件表面,降低了齿轮齿根的弯曲疲劳强度,使用时发生整个齿从齿轮根部崩裂。当采用普通的正火 高温回火进行热处理时,齿轮锻坯硬度基本能够得到保证。

但是,当齿轮锻坯在热处理过程中所处位置不同时,隔爆油冷式电动滚筒锻坯的硬度存在明显的散差,使得热处理之后齿轮的纤维组织存在明显差异,局部甚至出现贝氏体,影响齿轮机加工性能,导致其在渗碳处理之后出现变形回弹、压力角与螺旋角变化增加等问题。

而齿轮螺旋角的变化直接影响到齿轮使用过程中的强度,在装配使用之后将导致齿轮的轴向力增加,影响齿轮的使用寿命,最终导致齿轮出现早期失效问题。而压力角的变化将使得齿轮运转过程中出现噪音,还使得齿轮的啮合区位置发生变化,影响齿轮的运动精度。

合适的芯部硬度能预防圆锥齿轮的早期失效,一般选用35-40HRC最佳,芯部硬度过低强度不足和芯部过高韧性(冲击值低)太差都会引起圆锥齿轮早期失效。


齿轮传动中振动大的原因分析

齿轮传动中振动大的原因分析


在润滑良好的闭式齿轮传动中,齿面常见的失效形式是齿面疲劳点蚀,即疲劳磨损。齿轮受力后,齿面将产生接触应力,齿面接触应力脉动循环变化。运转中,轮齿在接触应力反复作用下,在齿面(或表层下某一深度)出现微小疲劳裂纹,裂纹不断蔓延扩展,从齿面剥落下来金属碎屑,形成点状小坑。齿面出现点蚀后,齿廓表面遭到破坏,使振动和噪声加大,以致不能正常工作。

点蚀多出现在靠接节线附近的齿根表面上,这是因为轮齿在啮合过程中,当轮齿在靠近节线处啮合时,相对滑动速度方向有变化,油膜不易形成。而且当轮齿在节线附近啮合时,同时啮合齿数少橡胶射出成型机,对于直齿轮往往只有一对齿接触。因此,齿面接触应力也较大,故在节线附近最易发生点蚀。

硬齿面齿轮一般不容易出现非扩展性点蚀,当点蚀一旦出现就会扩展,而形成扩展性点蚀。对于表面淬火及表面渗碳淬火的钢制齿轮,齿面疲劳裂纹常常首先发生在淬火硬层与软芯部交接处,裂纹扩展后,齿面会成片剥落,与齿面点蚀外观不同,剥落坑的面积和深度都比点蚀大。这种齿面成片剥落的现象称为剥落。

通过提高齿面硬度、改善润滑油性能、采用角变位传动方式、提高齿轮的接触精度等方法均可减缓和防止疲劳点蚀的发生。 


齿轮硬度梯度变化较快降低齿抗弯曲强度

齿轮硬度梯度变化较快降低齿抗弯曲强度


齿面的有效硬化层深度及硬度均正常,但齿轮心部硬度处于标准(HRC30一45)的下限,齿轮硬度梯度变化较快,降低齿抗弯曲强度。金相分析轮齿心部组织以粒状贝氏体为主,组织粗大,说明热处理时加热温度过高。渗碳淬火热处理后渗层组织存在非马氏体组织,与心部组织没有达到最佳的状态有关系,这样降低了该齿轮材料的抗弯曲疲劳强度,以至于在复杂的工况下,容易发生早期的疲劳失效。行星差动一轮齿表面啮合区出现的浅层剥落现象表明该材料局部存在较大非金属夹杂。

组装质盆分析在啮合检查时,发现部分齿啮合点靠近锥齿轮小端,黄海汽车配件啮合点偏近轴点,不符合啮合点距大端60左右区域的要求。因此在相同力矩传递时,靠近小端应力负荷高,导致小端齿端易受损伤。失效主要原因根据以上分析研究,齿轮失效的主要原因可概括为:(l)齿轮断裂失效为典型的过载弯曲疲劳失效;(2)齿轮装配时,调整不当,造成啮合点近小端,未达到标准要求,使齿尖局部过载;(3)齿轮材料选择日本SCM420H,相对于国标20crM。,力学性能,必、硬度等相对不足;(4)原始材料中存在偏析,经过渗碳淬火后,在渗层组织中就出现马氏体和非马氏体的混合组织,心部组织以粒状贝氏体为主,组织较粗大,该组织影响了材料韧性,造成抗弯曲疲劳性能不佳。齿根心部偏软、渗碳层硬度梯度变化较快,局部渗碳硬化层深度不够,造成渗碳层易剥落。重新设计组装及保护措施为排除故障,针对齿轮的失效原因,对齿轮进行重新设计、组装,并增加了安全保护措施。齿轮参数重新设计由于齿轮强度不足引起过载弯曲疲劳失效,因此对齿轮的模数、齿宽等进行了重新设计。


齿轮材料极限应力的高低等因素都影响

齿轮材料极限应力的高低等因素都影响


为了避开结构复杂的缺点,仍采用普通的结构形式,同时增大中心距及齿宽。根据厂方要求,中心距及齿宽均取成与现有的3m减速机(前苏联标准减速机)相同。但现有的3m减速机承载能力不足。故第二方案的主要目标是在原有3m减速机的基础上,进一步提高承载能力,采取的主要措施:改善材料:将原铸钢整体大齿轮改为合金钢锻钢齿圈镶圈式结构,齿轮材料牌号也进一步提高。这样可以提高大齿轮的接触疲劳极限应力及弯曲疲劳极限应力,从而提高了减速机整体的接触强度及弯曲强度。优选传动比方案:以两级接触强度相近及尽可能提高弯曲强度为目标,优化传动比分配方案,现有的传动比分配计算公式一般都是以两级接触强度及齿轮总重量最小为原则导出的,但这些公式都是以简化的强度公式为基础,考虑的因素不够全面,例如载荷大小,齿轮在轴上的位置,齿轮材料极限应力的高低等因素都影响齿向载荷分布系数KHβ及齿间载荷分配系数KHα,从而影响接触强度。本文利用计算机辅助设计对不同传动比方案,在精确计算的基础上,以两级接触强度相近及弯曲强度较高为主要目标进行优选。

采用大压力角:采用大压力角可提高接触、弯曲强度及抗胶合性能,但需特制滚刀或铣刀,并且增大轴承受力。考虑到特制滚刀较为困难,且工期长,而特制指状铣刀则较容易,且工期也较短,因此本方案不打算在高速级(滚齿)采用大压力角,而只在低速级(因空刀槽窄只能铣齿)采用25°压力角,这样恰好可以弥补低速级承载能力的不足,为了尽可能地提高轮齿的抗弯强度,对齿根过渡曲线进行了特殊设计。提高齿面硬度:提高齿面硬度是提高接触强度及轮齿弯曲强度的有效措施。


降低齿轮传动噪音的有效方法

降低齿轮传动噪音的有效方法


降低齿轮传动噪音的有效方法

1、原材料质量控制:高质量原材料是生产高质量产品的前提条件,小模数齿轮加工用量最大的材料40Cr和45钢制造齿轮。无论通过何种途径,原材料到厂后都要经过严格的化学成分检验、晶粒度测定、纯洁度评定,确保原材料的质量,其目的是及时调整热处理变形,提高齿形加工中的质量。

2、防止热处理变形:齿坯在粗加工后成精锻件,进行正火或调质处理,以达到:

(1)软化钢件以便进行切削加工;

(2)消除残余应力;

(3)细化晶粒,改善组织以提高钢的机械性能;

(4)为最终能处理作好组织上的准备。应注意的是,在正火或调质处理中,一定要保持炉膛温度均匀,以及采用工位器具,使工件均匀地加热及冷却,严禁堆放在一起。需钻孔减轻重量的齿轮,应将钻孔序安排在热处理后进行。齿轮的最终热处理采用使零件变形较小的齿面高频淬火;高频淬火后得到的齿面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限,而心部仍保持足够的塑性和韧性。为减少变形。齿面高频淬火应采用较低的淬火温度和较短的加热时间、均匀加热、缓慢冷却。

3、保证齿坯的精度:齿轮孔的尺寸的精度要求在孔的偏差值的中间差左右分布,定在±0.003~±0.005mm;如果超差而又在孔的设计要求范围内,必须分类,分别转入切齿工序。齿坯的端面跳动及径向跳动为6级,定在0.01~0.02mm范围内。

4、切齿加工对刀具和设备的要求:对外购的齿轮刀具必须进行检验,必须达到AA级要求。齿轮刀具刃磨后必须对刀具前刃面径向性、容屑槽的相邻周节差、容屑槽周节的最大累积误差、刀齿前面与内孔轴线平行度进行检验。在不影响齿轮强度的前提下,提高齿顶高系数,增加0.05~0.1m,,改善刀具齿顶高系数,避免齿轮传动齿根干涉。M=1~2的齿轮采用齿顶修圆滚刀,修圆量R=0.1~0.15m。消除齿顶毛刺,改善齿轮传动时齿顶干涉。切齿设备每年要进行一次精度检查,达不到要求的必须进行维修。操作者亦要经常进行自检,特别是在机床主轴径向间隙控制在0.01mm以下,刀轴径跳0.005mm以下,刀轴窜动0.008mm以下。刀具的安装精度:刀具径向跳动控制在0.003mm以下,端面跳动0.004mm以下。切齿工装精度,心轴外径与工件孔的间隙,保证在0.001~0.004mm以内。心轴上的螺纹必须在丙顶类定位下,由螺纹床进行磨削:垂直度≦0.003mm,径跳≦0.005mm。螺母必须保证内螺纹与基准面一次装夹车成,垫圈的平行度≦0.003mm。

5、控制齿轮的精度:齿轮精度的基本要求:经实践验证,用机械加工齿轮比较好,齿轮精度必须控制在GB10995-887~8级,线速度高于20m/s齿轮,齿距极限偏差、齿圈径向跳动公差、齿向公差一定要稳定达到7级精度。