同步帶輪輪齒傳動失效形式和設計準則
同步帶輪傳動的失效主要是輪齒的失效,而輪齒的失效形式又多種(zhǒng)多樣(yàng),較爲常見的是下面(miàn)叙述的五種(zhǒng)失效形式。同步帶輪的其它部分(如齒圈、輪輻、輪毂等),除了對(duì)帶輪的質量大小需加嚴格限制外,通常隻需按經(jīng)驗設計,所定的尺寸對(duì)強度及剛度均較富裕,實踐中也極少失效。下面(miàn)同步帶的小編爲大家講解下!!
1、齒面(miàn)膠合
對(duì)于高速重載的同步輪傳動(如航空發(fā)動機減速器的主傳動同步輪),齒面(miàn)間的壓力大,瞬間溫度高,潤滑效果差,當瞬時溫度過(guò)高時,相齧合的兩(liǎng)齒面(miàn)就(jiù)會(huì)發(fā)生粘在一起(qǐ)的現象,由于此時兩(liǎng)齒面(miàn)又在作相對(duì)滑動,相粘結的部位即被(bèi)撕破,于是在齒面(miàn)上沿相對(duì)滑動的方向(xiàng)形成(chéng)傷痕,稱爲膠合。傳動時齒面(miàn)瞬時溫度愈高、相對(duì)滑動速度愈大的地方,愈易發(fā)生膠合。有些低速重載的重型同步輪傳動,由于齒面(miàn)間的油膜遭到破壞,也會(huì)産生膠合失效。此時,齒面(miàn)的瞬時溫度并無明顯增高,故稱爲冷膠合。 加強潤滑措施,采用抗膠合能(néng)力強的潤滑油(如硫化油),在潤滑油中加入極壓添加劑等,均可防止或減輕齒面(miàn)的膠合。
2、齒面(miàn)磨損
在同步輪傳動中,齒面(miàn)随著(zhe)工作條件的不同會(huì)出現不同的磨損形式。例如當齧合齒面(miàn)間落入磨料性物質(如砂粒、鐵屑等)時,齒面(miàn)即被(bèi)逐漸磨損而至報廢。這(zhè)種(zhǒng)磨損稱爲磨粒磨損。它是開(kāi)式同步輪傳動的主要形式之一。改用閉式同步輪傳動是避免齒面(miàn)磨粒磨損最有效的方法。
3、輪齒折斷
輪齒折斷有多種(zhǒng)形式,在正常情況下,主要是齒根彎曲疲勞折斷,因爲在輪齒受載時,齒根處産生的彎曲應力最大,再加上齒根過(guò)渡部分的截面(miàn)突變及加工刀痕等引起(qǐ)的應力集中作用,當輪齒重複受載後(hòu),齒根處就(jiù)會(huì)産生疲勞裂紋,并逐步擴展,緻使輪齒疲勞折斷。 此外,在輪齒受到突然過(guò)載時,也可能(néng)出現過(guò)載折斷或剪斷;在輪齒受到嚴重磨損後(hòu)齒厚過(guò)分減薄時,也會(huì)在正常載荷作用下發(fā)生折斷。
在斜齒圓柱同步輪傳動中,輪齒工作面(miàn)上的接觸線爲一斜線(參看圖例),輪齒受載後(hòu),如有載荷集中時,就(jiù)會(huì)發(fā)生局部折斷。若制造或安裝不良或軸的彎曲變形過(guò)大,輪齒局部受載過(guò)大時,即使是直齒圓柱同步輪,也會(huì)發(fā)生局部折斷。
爲了提高同步輪的抗折斷能(néng)力,可采取下列措施:
1)用增加齒根過(guò)渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來減小齒根應力集中;
2)增大軸及支承的剛性,使輪齒接觸線上受載較爲均勻;
3)采用合适的熱處理方法使齒芯材料具有足夠的韌性;
4)采用噴丸、滾壓等工藝措施對(duì)齒根表層進(jìn)行強化處理。
4、齒面(miàn)塑性變形
塑性變形屬于輪齒永久變形一大類的失效形式,它是由于在過(guò)大的應力作用下,輪齒材料處于屈服狀态而産生的齒面(miàn)或齒體塑性流動所形成(chéng)的。塑性變形一般發(fā)生在硬度低的同步輪上;但在重載作用下,硬度高的同步輪上也會(huì)出現。 塑性變形又分爲滾壓塑變和錘擊塑變。滾壓塑變是由于齧合輪齒的相互滾壓與滑動而引起(qǐ)的材料塑性流動所形成(chéng)的。由于材料的塑性流動方向(xiàng)和齒面(miàn)上所受的摩擦力方向(xiàng)一緻,所以在主動輪的輪齒上沿相對(duì)滑動速度爲零的節線處被(bèi)碾出溝槽,而在從動輪的輪齒上則在節線處被(bèi)擠出脊棱。這(zhè)種(zhǒng)現象稱爲滾壓塑變形。錘擊塑變則是伴有過(guò)大的沖擊而産生的塑性變形,它的特征是在齒面(miàn)上出現淺的溝槽,且溝槽的取向(xiàng)與齧合輪齒的接觸線相一緻。 提高輪齒齒面(miàn)硬度,采用高粘度的或加有極壓添加劑 的潤滑油均有助于減緩或防止輪齒産生塑性變形。
5、齒面(miàn)點蝕
點蝕是齒面(miàn)疲勞損傷的現象之一。在潤滑良好(hǎo)的閉式同步輪傳動中,常見的齒面(miàn)失效形式多爲點蝕。所謂點蝕就(jiù)是齒面(miàn)材料變化著(zhe)的接觸應力作用下,由于疲勞而産生的麻點狀損傷現象。齒面(miàn)上最初出現的點蝕僅爲針尖大小的麻點,如工作條件未加改善,麻點就(jiù)會(huì)逐漸擴大,甚至數點連成(chéng)一片,最後(hòu)形成(chéng)了明顯的齒面(miàn)損傷。 同步輪在齧合過(guò)程中,齒面(miàn)間的相對(duì)滑動起(qǐ)著(zhe)形成(chéng)潤滑油膜的作用,而且相對(duì)滑動速度愈高,愈易在齒面(miàn)間形成(chéng)油膜,潤滑也就(jiù)愈好(hǎo)。當輪齒在靠近節線處齧合時,由于相對(duì)滑動速度低,形成(chéng)油膜的條件差,潤滑不良,摩擦力較大,特别是直同步輪傳動,通常這(zhè)時隻有一對(duì)齒齧合,輪齒受力也最大,因此,點蝕也就(jiù)首先出現在靠近節線的齒根面(miàn)上,然後(hòu)再向(xiàng)其它部位擴展。從相對(duì)意義上說,也就(jiù)是靠近節線處的齒根面(miàn)抵抗點蝕的能(néng)力最差(即接觸疲勞強度最低)。
提高同步帶輪材料的硬度,可以增強同步輪抗點蝕的能(néng)力。在齧合的輪齒間加注潤滑油可以減小摩擦,減緩點蝕,延長(cháng)同步輪的工作壽命。并且在合理的限度内,潤滑油的粘度越高,上述效果也愈好(hǎo)。因爲當齒面(miàn)上出現疲勞裂紋後(hòu),潤滑油就(jiù)會(huì)侵入裂紋,而且粘度愈低的油,愈易侵入裂紋。潤滑油侵入裂紋後(hòu),在輪齒齧合時,就(jiù)有可能(néng)在裂紋内受到擠脹,從而加快裂紋的擴展,這(zhè)是不利之處。所以對(duì)速度不高的同步輪傳動,以用粘度高一點的油來潤滑爲宜;對(duì)速度較高的同步輪傳動(如圓周速度v>12m/s),要用噴油潤滑(同時還(hái)起(qǐ)散熱的作用),此時隻宜用粘度低的油。開(kāi)式同步輪傳動,由于齒面(miàn)磨損較快,很少出現點蝕。