[拼音]：chilun chengzai nengli

[外文]：gear load capacity

在齒輪傳動中，齒輪失效前所能傳遞的最大允許載荷。齒輪的承載能力取決于齒輪的尺寸、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造水平、潤滑條件、允許的損傷程度、要求的壽命和可靠度等。

失效形式

齒輪的齒圈、輪輻和輪轂等部分通常按經(jīng)驗設(shè)計，結(jié)構(gòu)尺寸的安全系數(shù)較大，一般很少遭受破壞。齒輪的失效主要出現(xiàn)在輪齒上。輪齒的失效形式主要有輪齒折斷、點蝕、膠合、磨損和塑性變形等(圖1)。不過，輪齒每一種失效形式的出現(xiàn)并不是孤立的，齒面一旦出現(xiàn)了點蝕或膠合，就會加劇齒面的磨損；齒面的嚴(yán)重磨損又將導(dǎo)致輪齒的折斷等。

輪齒折斷

輪齒受載后齒根處的彎曲應(yīng)力最大，當(dāng)輪齒彎曲應(yīng)力超過其極限應(yīng)力時就會發(fā)生過載折斷或疲勞折斷。輪齒折斷一般發(fā)生在齒根部分，可能一個或多個齒沿齒長整體折斷，也可能發(fā)生局部折斷。

點蝕

在潤滑良好的閉式傳動中，齒面在過高的循環(huán)變化的接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋不斷擴展蔓延，導(dǎo)致工作齒面小塊金屬剝落，形成麻點，即點蝕。點蝕嚴(yán)重時會產(chǎn)生強烈振動和機械噪聲，使齒輪不能正常工作。點蝕一般首先出現(xiàn)在節(jié)線附近的齒根表面。

膠合

在高速重載齒輪傳動中，油膜會因瞬時高溫而破壞，相嚙合齒面的金屬形成局部熔焊，導(dǎo)致較軟齒面上的金屬撕落，形成溝痕。在低速重載齒輪傳動中，有時也常因局部壓應(yīng)力很高，兩接觸齒面間油膜被刺破而粘著。膠合時振動和噪聲增大，輪齒很快失效。

磨損

在閉式傳動中，潤滑油供應(yīng)不足，油不清潔，齒面易產(chǎn)生磨損。在開式傳動中，灰塵和各種顆粒等進(jìn)入嚙合齒面會造成磨料磨損。磨損使齒厚減薄、側(cè)隙加大，造成沖擊，降低彎曲強度，嚴(yán)重時使輪齒過載折斷。

塑性變形

在過大的應(yīng)力作用下，輪齒材料因屈服而產(chǎn)生的塑性流動，如齒面碾擊塑變、鱗皺、起脊、齒體的歪扭和齒形劇變等。這些現(xiàn)象多發(fā)生在硬度低的齒輪上，嚴(yán)重時會破壞正常齒廓，使之失去工作能力。

強度計算

在機械工程中，輪齒的強度計算方法主要有兩種。一種是以輪齒點蝕為依據(jù)的齒面接觸強度計算法；一種是以輪齒折斷為依據(jù)的齒根彎曲強度計算法。此外，對于齒面抗膠合能力也有相應(yīng)的強度計算法。對于輪齒的磨損和塑性變形，由于缺乏試驗數(shù)據(jù)和手段，尚無較為成熟的計算法。中國參照 ISO直齒和斜齒輪承載能力計算的基本原則，制定了關(guān)于漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法的國家標(biāo)準(zhǔn)。

齒面接觸強度計算

由于點蝕常首先在節(jié)線附近發(fā)生，通常以節(jié)點c處兩齒廓的曲率半徑ρ₁和ρ₂為半徑，分別作兩個圓柱體（圖2）， 根據(jù)赫茲公式導(dǎo)出齒輪的接觸強度計算公式，其強度條件為

式中σ_H為最大接觸應(yīng)力(兆帕)；F_t為分度圓上名義切向力(牛)；K為載荷系數(shù)，考慮工作情況、制造誤差和彈性變形等對齒輪承載能力的影響;b為齒輪的工作寬度（毫米）；d₁為小齒輪的分度圓直徑（毫米）；u為齒數(shù)比，，Z₂、Z₁分別為大輪和小輪的齒數(shù)；式中”＋”號用于外嚙合，”－”號用于內(nèi)嚙合；Z _H為節(jié)點區(qū)域系數(shù)，主要考慮節(jié)點處齒廓曲率對接觸應(yīng)力的影響；Z_E為彈性系數(shù)()，考慮材料彈性模量和泊桑比對最大接觸應(yīng)力的影響；σ_HP為許用接觸應(yīng)力（兆帕）。

齒根彎曲強度計算

主要根據(jù)1892年美國W.劉易斯提出的論點(把輪齒看作懸臂梁)為基礎(chǔ)來進(jìn)行計算。輪齒在齒頂處嚙合時彎曲力臂最大，齒根危險截面AB處的彎曲應(yīng)力也最大（圖3）。由于齒輪傳動重合度大于1，在齒頂嚙合時載荷由幾對齒來分擔(dān)。對較低精度的齒輪傳動，考慮到制造誤差的影響，仍以一對齒嚙合進(jìn)行計算為宜。略去壓應(yīng)力和切應(yīng)力后其強度條件為

式中σ_F為齒根彎曲應(yīng)力（兆帕）；m為模數(shù)(毫米)，對斜齒輪用法模數(shù)m_n；y_F為齒形系數(shù)，考慮齒形對彎曲應(yīng)力的影響；σ_FP為許用彎曲應(yīng)力（兆帕）。

齒面膠合計算

通常以限制接觸齒面的溫度作為膠合計算的依據(jù)。常用方法有兩種：一種是計算齒面各接觸點的最高瞬時溫度，使之小于某極限溫度的閃溫法;另一種是計算齒面嚙合過程的平均溫度，使之小于某極限溫度的積分溫度法。

潤滑

為充分發(fā)揮齒輪的承載能力、減少失效、延長壽命和提高傳動效率，潤滑是重要環(huán)節(jié)。齒輪齒面工作時每一點的嚙合時間非常短促，接觸應(yīng)力大，而且常存在加工和裝配誤差等，故在一般條件下較難形成流體動壓潤滑狀態(tài)，而處于邊界潤滑和混合潤滑狀態(tài)。為了提高齒輪的承載能力，必須改進(jìn)潤滑材料和使用特殊的潤滑劑。一般是在齒輪裝配后先加入硫、磷型極壓添加劑，然后進(jìn)行跑合，以降低齒面粗糙度，增加油膜厚度，提高潤滑效果。潤滑劑和潤滑方式根據(jù)齒輪圓周速度和工作條件來選擇。對開式、半開式齒輪傳動，通常用人工定期加潤滑脂或粘度大的潤滑油進(jìn)行潤滑。對于齒輪圓周速度v≤12米/秒的閉式齒輪傳動，常采用浸油潤滑。高速級輪齒浸入油中深度約為一個齒高，但不小于10毫米，低速級齒輪也不宜大于100毫米。當(dāng)v＞12～15米/秒時，應(yīng)采用噴油潤滑。對高速輕載齒輪，應(yīng)選粘度較小的潤滑油，對低速重載齒輪，應(yīng)選粘度較大的潤滑油。為了改善潤滑油的性能，一般在潤滑油中加二硫化鉬、石墨或氯、鉛的烷基化合物、硫氰化合物等，有普遍采用硫-磷型極壓齒輪油的趨勢。

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標(biāo)簽：chilun chengzai nengli、齒輪承載能力

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文章名稱：《齒輪承載能力》

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