齿 轮 断 齿 分 析

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1、齿轮断齿分析郑州机械研究所罗强那凤玲林彤齿轮是一种复杂的机械零件，它的参数设计、材料热处理、强度计算、制造工艺、精度检测以及安装调试等等都是较为复杂的，而这一系列工作过程控制的是否严格，都对齿轮的工作质量，如强度、噪声寿命等有很大的影响，特别是有些项目控制的好，强度和寿命可成倍的提高；控制的不好，则成倍的下降。下面就我们所遇到的具体问题做一分析。某汽车变速箱常啮合及五档齿轮在工作中出现了断齿问题。使用时间：一般为一万公里左右。断口清洗后观察为超前疲劳断裂，断齿部位在齿根圆角过渡处。一、齿轮参数五档：Dp=11常啮合：Dp=11an=17.5°an=17.5°b=29°4ˊ11

2、²b≈25°hax>1hax>1Z1=51Z2=21Z1=51Z2=21二、齿轮的材料及热处理齿轮采用20CrMnTi低碳合金钢，这种材料用于小截面的渗碳淬火齿轮性能较好。原始材料：σb≥1979N／mm2。σs≥883N／mm2δ≥8％Y≥50ak≥78.5J/cm2对齿轮的热处理要求，图纸标注为：渗碳层深0.7~1.1表面硬度：HRC58~63心部硬度：HRC30~43经检测齿轮内在质量报告见附录1三、精度检测在PFSU1200渐开线检查仪上，测齿轮的齿形公差及齿向公差，检测曲线见附录2。参考被测齿轮的剃前滚刀图，并在投影放大仪上，实测齿轮的齿根圆角半径r≈0.15mm（

3、0.3~0.4mm）。四、强度计算中载荷的确定该车发动机最大功率为了70.6KW，最大输出扭矩为245N．m，使用条件多为使用者超载运输。该车马力大，速度高有超载的可能，这就给超载使用提供了条件。所以本计算以最大扭矩在发动机转速为2200rpm时计。强度计算使用GB3480—83“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”的计算机软件进行，至于其它输入参数及运算结果均显示于附录3的打印结果中。需要说明的是，附录中的两打印结果是分别用不同的齿根圆角半径r＝0.15mn和r＝0.42mn进行计算的。五、齿轮基本情况分析l、精度检测可知，齿形有中凹现象，而齿向非工作齿面稍好，工作齿面呈较大的

4、偏斜状，而与之相啮合的齿轮则呈相应的啮合偏斜状。此现象出现，分析可能是五档齿轮在断前处于轴承刚度不足而形成的。这样就会给齿轮工作带来附加载荷。2、经计算该汽车齿轮齿顶高系数均大于1，达1.25左右。这对提高齿的柔性、重合度及降低噪声有利。但对弯曲强度带来不利影响，经验算五档齿轮的弯曲强度在各方面条件较理想时(特别是在齿根圆角半径r＝0.42mn时)弯曲应力的安全系数也刚刚超过1。这对齿轮的加工工艺的实施提出了严格的要求。3、经检测五档及常啮合齿轮的齿根圆角半径为r＝(0.3～0.4)mm≈0.15mn。经强度计算，这时齿轮的弯曲强度应力的安全系数(见计算结果)小于1。这就为早

5、期断齿提供了依据。而当将齿轮齿根圆角半径放大为0.97mm(0.42mn)时，则齿轮弯曲应力安全系数是可以通过的。4、经内在质量检测，该车齿轮的材料、热处理状况均符合图纸要求见检查报告。六、断齿原因分析从以上几点分析可以看出，该车变速箱齿轮早期疲劳断齿原因：l、使用条件超载是基本原因2、在材料热处理状况过关的情况下，齿根圆角半径过小，连标准剃前滚刀规定值r＝0.3mn的条件都未达到，这是断齿的一个重要原因。根据计算可知，加大齿根圆角半径，可大大提高齿轮的弯曲强度，提高抗断齿效果。3、渗碳淬火齿轮能在齿面产生残余压应力，本来对提高齿轮的弯曲疲劳强度是十分有利的，但由于渗碳淬火过

6、程中，表面脱碳、晶界氧化，影响至齿面的显微组织，致使材料的性能达不到予定要求，对于这一影响可采用齿根喷丸处理或采用真空淬火工艺来加以改善。目前通过加大齿根圆角半径(把齿根变为一单圆弧)及喷丸处理，该变速箱已通过了实验场地试验，达到了使用要求。参考文献：l、汽车齿轮1982、32、机械传动1992、23、第四届全国齿轮强度与试验学术会议论文集1991、124、GB3480—83渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法参考文献1[日]中岛宏兴，荒本透。关于Cr—Mo表面硬化钢的等温较变曲线齿面热处理[1]上海市科学技术编译馆出版1965年8月第一版[日]中岛宏兴，腾并中行关于Cr—Mo表面

7、硬化钢的连续冷却转变曲线齿轮热处理[1]同上2《热处理手册》编委会、热处理手册(四)附录67—68机械工业出版社1978出版4[苏]IOM拉赫金和A、P拉赫斯塔德特主编机械制造中的热处理手册P917上海技术文献出版社1986年2月第二版5汽车齿轮用钢技术条件本新l一88—90GB3077—82合金结构钢的技术条件6根据“汽车齿轮钢渗碳性能研究”中数据整理，长春材料研究所1991.67施爱国高纯净度SCM420H齿轮钢的应用研究第二汽车制造厂工艺研究所1990．98赵振东渗层齿轮有效硬化层深度不均匀性的分