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。F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。断口淸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=llan=17.5°p=29°4Tl"hax>lZi=51Z2=21二、齿轮的材料及热处理

2、常啮合:Dp=llan=!7.5°陆25。hax>lZ,=51Z2=21齿轮采用20CrMnTi低碳合金钢，这种材料用于小截而的渗碳淬火齿轮性能较好原始材料:os>883N/mm2ak^78.5J/cm20b^l979N/mm2。S28%屮工5()对齿轮的热处理要求,渗硕层深0.7-1.1图纸标注为：表面硬度：HRC58~63心部换度：HRC30~43经检测齿轮内在质量报告见附录1三、耕度检测在PFSU1200渐开线检杏仪上，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，并在投影放人仪上，实测齿轮的齿根闘角半径r^0.15mm(0.3~0.4mm)。四、强度计算中载荷

3、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。所以木计算以最大扭矩在发动机转速为2200rpm时计。强度计算使用GB348O-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进彳亍计算的。五、齿轮皋木情况分析1、精度检测可知，齿形有屮凹现象，而齿向非工作齿面稍好，工作齿面呈较人的偏斜状，而与之相啮合的齿轮则呈相应的啮合偏斜状。此现象出

4、现，分析可能是五档齿轮在断询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人于I,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血条件较理想时（特别是在齿根圜角半径r=0.42mn时）弯曲应力的女全系数也刚刚超过1。这对齿轮的加工工艺的实池捉出了严格的要求。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〜0.15mm经强度计算，这时齿伦的弯曲强度应力的安全系数（见计算结果）小于1。这就为早期断齿提供了依据。而当将齿伦齿根圆角半径放大为0.97mm（0.42mn）时

5、，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，该车齿伦的材料、热处理状况均符合图纸耍求见检查报告。六、断齿原因分析从以上儿点分析可以看出，该车变速箱齿轮早期疲劳断齿原因：1、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凶。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，捉高抗断齿效果。3、渗碳淬火齿伦能在齿面产生残余压应力，木来对提高齿轮的弯曲疲劳强度是十分有利的，但山于渗碳淬火过程中，表血脱碳、品界氧化，影响至齿而的昭微组织，致使材料的性能达不到予定要求，对丁•这一影响可

6、采用齿根喷丸处理或采川真空淬火工艺來加以改善。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：1、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、GB348O-83渐开线圜柱齿轮承载能力计算方法共2贡第1页试样数压二一一图号zG01227J6O材料s20CrIVlnTi试验报告委托单位=检测项目*缨度，渗层，组织评级另件名称*五档犬齿卷—尖危碳化物处理工艺：滲碳淬火遴层深度*0.7-1.1mm、检测结果：-硬駅(HRC):齿一齿二齿三芯部17••-58■的58.558.0,

7、59.058』,59.041*5,43,02非58.0,58.5.59.0,59』58.0,59.038.5/9.E渗层深度：（nun）1#1JO2r:0.90一、技术要求2表1S硬度乂HRC58—63芯部硬度=HRC30—43組织评级，马氏休残余臭氏体芯部铁緊体S12211-三、依据标椎ZBT04001—88试验报告委托单位=检测项目匕硯度，滲层、组织评级另件名称：五档大齿轮处理工艺*渙礦淬火共