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同步带轮轮齿传动失效形式和设计准则。

作者:同步带厂家 浏览次数: 日期:2017-07-10 07:48

  同步带轮传动的失效主要是轮齿的失效,而轮齿的失效形式又多种多样,较为常见的是下面叙述的五种失效形式。同步带轮的其它部分(如齿圈、轮辐、轮毂等),除了对带轮的质量大小需加严格限制外,通常只需按经验设计,所定的尺寸对强度及刚度均较富裕,实践中也极少失效。

  1、齿面胶合

  对于高速重载的同步轮传动(如航空发动机减速器的主传动同步轮),齿面间的压力大,瞬间温度高,润滑效果差,当瞬时温度过高时,相啮合的两齿面就会发生粘在一起的现象,由于此时两齿面又在作相对滑动,相粘结的部位即被撕破,于是在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕,称为胶合。传动时齿面瞬时温度愈高、相对滑动速度愈大的地方,愈易发生胶合。有些低速重载的重型同步轮传动,由于齿面间的油膜遭到破坏,也会产生胶合失效。此时,齿面的瞬时温度并无明显增高,故称为冷胶合。 加强润滑措施,采用抗胶合能力强的润滑油(如硫化油),在润滑油中加入极压添加剂等,均可防止或减轻齿面的胶合。

  2、齿面磨损   在同步轮传动中,齿面随着工作条件的不同会出现不同的磨损形式。例如当啮合齿面间落入磨料性物质(如砂粒、铁屑等)时,齿面即被逐渐磨损而至报废。这种磨损称为磨粒磨损。它是开式同步轮传动的主要形式之一。改用闭式同步轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的方法。

  3、轮齿折断

  轮齿折断有多种形式,在正常情况下,主要是齿根弯曲疲劳折断,因为在轮齿受载时,齿根处产生的弯曲应力最大,再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用,当轮齿重复受载后,齿根处就会产生疲劳裂纹,并逐步扩展,致使轮齿疲劳折断。 此外,在轮齿受到突然过载时,也可能出现过载折断或剪断;在轮齿受到严重磨损后齿厚过分减薄时,也会在正常载荷作用下发生折断。

  在斜齿圆柱同步轮传动中,轮齿工作面上的接触线为一斜线(参看图例),轮齿受载后,如有载荷集中时,就会发生局部折断。若制造或安装不良或轴的弯曲变形过大,轮齿局部受载过大时,即使是直齿圆柱同步轮,也会发生局部折断。

  为了提高同步轮的抗折断能力,可采取下列措施:

  1)用增加齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中;

  2)增大轴及支承的刚性,使轮齿接触线上受载较为均匀;

  3)采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性;

  4)采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。

  4、齿面塑性变形

  塑性变形属于轮齿永久变形一大类的失效形式,它是由于在过大的应力作用下,轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。塑性变形一般发生在硬度低的同步轮上;但在重载作用下,硬度高的同步轮上也会出现。 塑性变形又分为滚压塑变和锤击塑变。滚压塑变是由于啮合轮齿的相互滚压与滑动而引起的材料塑性流动所形成的。由于材料的塑性流动方向和齿面上所受的摩擦力方向一致,所以在主动轮的轮齿上沿相对滑动速度为零的节线处被碾出沟槽,而在从动轮的轮齿上则在节线处被挤出脊棱。这种现象称为滚压塑变形。锤击塑变则是伴有过大的冲击而产生的塑性变形,它的特征是在齿面上出现浅的沟槽,且沟槽的取向与啮合轮齿的接触线相一致。 提高轮齿齿面硬度,采用高粘度的或加有极压添加剂 的润滑油均有助于减缓或防止轮齿产生塑性变形。

  5、齿面点蚀

  点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。在润滑良好的闭式同步轮传动中,常见的齿面失效形式多为点蚀。所谓点蚀就是齿面材料变化着的接触应力作用下,由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点,如工作条件未加改善,麻点就会逐渐扩大,甚至数点连成一片,最后形成了明显的齿面损伤。 同步轮在啮合过程中,齿面间的相对滑动起着形成润滑油膜的作用,而且相对滑动速度愈高,愈易在齿面间形成油膜,润滑也就愈好。当轮齿在靠近节线处啮合时,由于相对滑动速度低,形成油膜的条件差,润滑不良,摩擦力较大,特别是直同步轮传动,通常这时只有一对齿啮合,轮齿受力也最大,因此,点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面上,然后再向其它部位扩展。从相对意义上说,也就是靠近节线处的齿根面抵抗点蚀的能力最差(即接触疲劳强度最低)。

  提高同步带轮材料的硬度,可以增强同步轮抗点蚀的能力。在啮合的轮齿间加注润滑油可以减小摩擦,减缓点蚀,延长同步轮的工作寿命。并且在合理的限度内,润滑油的粘度越高,上述效果也愈好。因为当齿面上出现疲劳裂纹后,润滑油就会侵入裂纹,而且粘度愈低的油,愈易侵入裂纹。润滑油侵入裂纹后,在轮齿啮合时,就有可能在裂纹内受到挤胀,从而加快裂纹的扩展,这是不利之处。所以对速度不高的同步轮传动,以用粘度高一点的油来润滑为宜;对速度较高的同步轮传动(如圆周速度v>12m/s),要用喷油润滑(同时还起散热的作用),此时只宜用粘度低的油。开式同步轮传动,由于齿面磨损较快,很少出现点蚀。

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