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大模数渐开线直齿圆柱齿轮弯曲强度研究

本文的主要研究内容和结论如下： (1) 本文综述了国内外齿轮弯曲应力和变形的研究概况，着重介绍了利用材料力学方法、有限元方法对弯曲应力和变形进行研究的状况。 (2) 利用郑州机械研究所开发的ZGCAD软件计算齿轮轮齿的弯曲强度，并分析提出了弯曲强度计算方法中存在的一些问题。 (3) 使用AutoLISP编程语言在AutoCAD平台上实现了轮齿齿形的生成，并以此为基础建立了比较准确的轮齿三维模型。通过分析计算，确定了有限元模型的边界范围，完成了网格划分；通过齿轮—齿条传动单、双齿啮合区的划分，现货叠螺机减速机，确定了单齿啮合区上界点的位置，并求出该位置处的载荷作用角，进而进行了轮齿弯曲强度的有限元分析计算。 (4) 利用有限元分析软件ANSYS对不同模数、不同齿数的渐开线圆柱齿轮在载荷作用于单齿啮合区上界点时的应力进行了计算，比较分析了弯曲应力的有限元法计算值与常规解析法计算结果之间的差别及趋势。 (5) 将有限元计算结果与GB计算结果进行对比分析，找出了模数、齿数对齿

减速机齿轮失效的形式及解决措施

2.1 齿轮断齿造成失效

齿轮断齿造成的失效是整个机械工程中***为严重的情况，主要包括过载折断、疲劳折断随机折断等，对于过载折断来说，是指齿轮受到一次或者多次严重过载时发生的断齿，这种情况下，齿轮的断口一般位于齿轮根部，断口一般很平直且粗糙。

疲劳折断是指齿轮在长时间高循环状态下使得齿根部位产生疲劳裂纹，出现折断，断口可以划分为疲劳断口面和***终断口面，疲劳断口区域内看不到塑性变形，疲劳折断可能发生在齿轮的端部。随机折断一般也发生在齿轮根部，但是特殊情况也会出现在其他部位。

对于防范齿轮折断的措施有很多，可以增大齿根圆角半径，消除这一部位的加工刀痕以便减少齿根的应力集中，还可以增大轴及支撑物的刚度，以便减轻局部的受力程度，还可以对轮齿进行喷丸、碾压等冷作处理以便提高齿面。

2.2 齿面磨损无法传动

在减速机齿轮传动过程中，对于齿面的磨损是不可避免的，齿面磨损还包括粘着磨损、磨粒磨损、擦伤、腐蚀磨损。对于粘着磨损来说主要是指润滑，如果润滑油层完整且厚度相当厚，那么金属之间的接触就会减小，也就不会发生磨损。

如果油膜温度和压力相同，那么油的粘度越高，磨损越小，在低速、重载、极端温度等情况下，油膜可能会发生***情况，这种情况下，磨损发生在除了节圆的大部分轮齿面上。可以通过提高齿面硬度、降低齿面粗糙度，叠螺污泥机减速机，增加油的粘度来改善这种磨损。

磨粒磨损和擦伤主要是指润滑剂不干净存在杂质或者是指在运行过程中金属之间的接触产生磨屑，导致减速机的齿轮发生磨损，使得传动工作失效。

如果齿轮的对中好，擦伤不是由于池面上鼓励的微凸体造成的，那么整个齿轮的磨损会扩展到大部分区域。腐蚀磨损是指润滑剂中的一些物质与齿面的金属发生化学反应，造成金属腐蚀。

2.3 齿面点蚀与齿面胶合

齿轮在传动过程中，接触面上各点的接触应力呈现脉动循环变化，经过一段时间就会由于接触面上的金属疲劳产生裂纹，裂纹发生扩展就会使得金属剥落，形成点蚀。这种情况的防止可以通过提高齿面硬度，降低表面粗糙度等措施实现。

齿轮在高速、大载荷或者是润滑失效的情况下，会使得齿面形成局部高温，接触面会出现胶连的现象，这种情况称为胶合，为了防止胶合应该提高齿面硬度和光洁度，对于不同型号的齿轮采取不同的钢种，正确选用润滑油是减轻齿轮失效的重要措施。

2.4 齿面塑性变形引起的失效

塑性变形主要包括碾压、锤击变形引起的起波纹和脊状延伸，主要是由于齿轮材料较软，使得沿摩擦方向出现金属流动，齿轮工作环境中的温度、湿度变化也会造成齿面的塑性变形，可以选用粘度较高的润滑油来防止塑性变形也可以提高齿面硬度。

找到减速机齿轮传动失效的真正原因才能进行相应的问题解决，保证机械运转过程中的有效性，提高运转效率，促进工作的开展。

1.1 减速机的类型

减速机包括蜗轮蜗杆减速机、谐波减速机以及行星减速机。其中蜗轮蜗杆减速机具有反向自锁的功能，减速比较大，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上，这种类型的减速机的传动效率差、精度也不高。

谐波减速机主要是借助柔性元件可控的弹性变形来传递动力，其精度较高，但是柔轮的寿命短，叠螺机减速机，承受冲击力的能力差，传输速率也不高。

行星减速机结构紧凑，回程间隙小，精度也较高，其使用寿命也很长，额定输出扭矩也可以很大，但是这种减速机的造价太高，成本高。

1.2齿轮的相关知识

齿轮的精度一般考虑经济因素，但是齿轮的精度等级对于噪声的产生以及侧隙有很大的影响，高精度的齿轮产生的噪声更小。

对于齿轮宽度来说，增加齿轮宽度可以减少恒定扭矩下的单位负荷，扭矩恒定时，小齿轮比大齿轮的噪声更大，增加齿轮宽度也可以加大齿轮的承载力。

小齿距可以保证尽可能多的轮齿同时接触，可以降低传动噪音，叠螺机减速机供应，提高传动精度，压力角较小可以使得齿轮运转的噪音减小、精度变大。

在进行齿轮的设计和制造时，应该对齿轮误差进行重视，包括齿距误差、齿向误差等，这些误差的消除可以提高齿轮的精度，保证减速机运转的效率。

装配不同心时会导致轴系运转不平衡，高精度齿轮如果出现不平衡现象那么对齿轮运转的精度有很大的影响。对于减速机的有效性也会造成***。

齿面硬度也是影响减速机齿轮运转有效性的重要因素，齿面硬度低会使得减速机的齿轮运转失效。

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