4.4齿轮的失效、材料与热处理（课件）- 《机械基础（第七版）》同步教学（劳动版）

机械基础 （第七版） 第四章 齿轮传动 §4-1　齿轮传动概述 §4-2　直齿圆柱齿轮传动 §4-3　其他齿轮传动简介 §4-4　齿轮的失效、材料与热处理 §4-5　齿轮的结构与齿轮传动的润滑 齿轮是一个有齿构件，它与另一个有齿构件通过其共轭齿面的相继啮合，从而传递运动和动力。 第四章 齿轮传动 齿轮的失效、 材料与热处理 一、齿轮的失效 齿轮工作过程中，因过载、磨损或疲劳损伤等发生破坏而失去正常工作能力的现象称为齿轮的失效。 齿轮失效主要发生在轮齿上，轮齿失效主要有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。 §4-4 1．轮齿折断 轮齿折断有两种情况。一种是疲劳折断，这是弯曲交变应力作用的结果。另一种是过载折断，这是由于冲击载荷过大、短时间严重过载，或轮齿磨损严重变薄导致强度不足而引起的轮齿折断。 （1）选择适当的模数和齿宽。 （2）在使用中避免意外的严重过载和冲击。 （3）对齿根表面进行喷丸或碾压等强化处理，以提高齿根的强度。 （4）增大齿根过渡圆角半径和降低齿根表面粗糙度值，以降低齿根的应力集中。 防止轮齿折断的措施： 2．齿面点蚀 轮齿啮合过程中，接触面间产生脉动循环接触应力，当此应力超过轮齿表层材料的疲劳极限时，齿面就会产生细微的疲劳裂纹。封闭在裂纹中的润滑油，在压力作用下产生楔挤作用使裂纹不断扩大，最后导致表层金属小片状剥落，出现凹坑，形成麻点状剥伤，这种现象称为齿面点蚀。 （1）提高润滑油的黏度或采用适宜的添加剂，使啮合齿面间形成较厚的、牢固的油膜，以增大其承载面积。 （2）降低齿面的表面粗糙度值，提高齿形精度和进行精跑合，以改善齿面的接触情况。 （3）提高齿面硬度以增大轮齿的疲劳极限等。 防止齿面点蚀的措施： 3．齿面胶合 齿面胶合是指在重载传动中，相啮合齿面的金属在压力作用下直接接触而发生黏着，并随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起的一种破坏形式。 齿面胶合有热胶合和冷胶合。 （1）对低速齿轮传动应采用黏度较大的润滑油。 （2）对于高速齿轮传动，则应采用含抗胶合剂的润滑油。 （3）降低表面粗糙度值和提高齿面硬度也能增强抗胶合能力。 防止齿面胶合的措施： 4．齿面磨损 齿面磨损是指在齿轮啮合传动过程中，轮齿接触表面上的材料出现摩擦损耗的现象。由于灰尘、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒磨损也是难以避免的。 提高齿面硬度，减小表面粗糙度值，齿轮副采用合适的材料组合，改善润滑条件和工作条件（如采用闭式传动等）。 减少齿面磨损的措施： 5．齿面塑性变形 齿面塑性变形是指硬度较低的软齿面齿轮在低速重载时，由于齿面压力过大，在摩擦力作用下，齿面金属产生塑性流动而失去原来的齿形。 塑性变形后，主动齿轮沿着分度线形成凹沟，从动齿轮沿着分度线形成凸棱。 防止齿面塑性变形的措施有选用黏度较大的润滑油，提高齿面硬度，避免频繁启动和过载等。 开式齿轮传动的主要失效形式为齿面磨损和轮齿折断，闭式齿轮传动的主要失效形式为齿面点蚀和齿面胶合。 二、齿轮常用材料 由轮齿的失效形式可知，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形能力。理想的齿轮材料应保证齿面硬度高、齿心韧性好，同时还具有良好的力学性能和热处理性能。 适用于制造齿轮的材料有很多，常用的有锻钢、铸钢和铸铁。 1．锻钢 锻钢韧性好、耐冲击，还可通过热处理改善其力学性能，提高齿面的硬度，故最适于制造齿轮。除尺寸过大或结构形状复杂只宜铸造外，一般齿轮毛坯均由锻钢制成。 常用锻钢是含碳量为 0.15%～0.6% 的优质碳素结构钢和合金结构钢，如45、40Cr、35SiMn、20Cr、20CrMnTi、12Cr2Ni4A、35CrMo和38CrMoAlA 等。 2．铸钢 铸钢的耐磨性及强度均较好，常用于尺寸较大、结构形状复杂不易锻造的齿轮。 常用于制造齿轮的材料有ZG310-570和ZG340-640等。 3．铸铁 铸铁的塑性、韧性、耐磨性和抗冲击性能都较差，但其抗胶合、抗点蚀的能力较好铸铁齿轮常用于对强度要求不高，但要求耐磨的场合。 常用于制造齿轮的材料有 QT500-7、QT600-3、HT200、HT300 等。 三、齿轮的热处理 1．表面淬火 表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢，由于齿面接触强度高、耐磨性好，而轮齿心部未淬硬，齿轮仍有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷。 表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。 2．渗碳后淬火 渗碳后淬火用于含碳量为0.15%～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，渗碳后淬火可使齿面硬度达56～62 HRC，齿面接触强度高、耐磨性好，而轮齿心部仍保持较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。 3．调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，调质处理后齿面硬度一般为210～280 HBW，因硬度不高，故可在热处理后