汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)課件（35講）：第21講 汽車(chē)齒輪材料、失效、結(jié)構(gòu)與參數(shù)

1、學(xué)習(xí)情景三:汽車(chē)傳動(dòng)裝置 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用課題: 汽車(chē)齒輪失效及材料汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 課題: 汽車(chē)齒輪失效及材料汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 變速器汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 能夠根據(jù)變速器和差速器的機(jī)構(gòu)和工作原理, 進(jìn)行變速器和差速器拆裝與調(diào)試;能夠根據(jù)變速器和差速器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、工作環(huán)境和材料特點(diǎn), 進(jìn)行齒輪的失效分析和材料選用.教學(xué)目標(biāo)：汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 教學(xué)內(nèi)容齒輪常見(jiàn)的失效形式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪的常用材料及選用齒輪的結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑課題: 汽車(chē)齒輪材料及失效汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 （一）齒輪常見(jiàn)的失效形式齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效。其主要失效形式有：輪齒折斷 ： 疲勞折斷； 突然過(guò)

2、載折斷 ； 嚴(yán)重磨損及安裝制造誤差等造成輪齒折斷；汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)的失效形式：提高齒輪的抗折斷能力措施：1）用增加齒根過(guò)渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來(lái)減小齒根應(yīng)力集中；2）增大軸及支承的剛性，使輪齒接觸線(xiàn)上受載較為均勻；3）采用合適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(qiáng)化處理。 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)的失效形式：齒面磨損：磨損是開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式。主要措施：采用閉式傳動(dòng)；提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；采用清潔的潤(rùn)滑油。汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)的失效形式：齒面點(diǎn)蝕輪齒工作面某一固定點(diǎn)受到近似脈動(dòng)的變應(yīng)力作用，由于疲勞而

3、產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀剝蝕損傷的現(xiàn)象。點(diǎn)蝕是閉式傳動(dòng)常見(jiàn)的失效形式。開(kāi)式傳動(dòng)時(shí)由于磨損,很少出現(xiàn)點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線(xiàn)靠近齒根處。汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)的失效形式：齒面點(diǎn)蝕：主要措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤(rùn)滑油粘度；采用合理變位。汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 防止膠合的措施：提高齒面硬度；降低齒面粗糙度；增大潤(rùn)滑油粘度；限制油溫。齒輪傳動(dòng)的失效形式：齒面膠合：高速重載傳動(dòng)中，齒面間壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤(rùn)滑油膜被破壞，齒面間會(huì)發(fā)生粘接在一起的現(xiàn)象，在輪齒表面沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)條狀傷痕，稱(chēng)為膠合。汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)的失效形式：塑性變形：重載且摩擦力很大時(shí)，齒面較軟的輪齒表面就會(huì)沿摩擦

4、力方向產(chǎn)生塑性變形。措施：提高齒面硬度；增大潤(rùn)滑油粘度。汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章硬度 材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力。衡量材料軟硬程度最常用的硬度試驗(yàn)為 布氏硬度（HB）(如圖） 洛氏硬度(HR) .此外，還有維氏硬度(HV)、肖氏硬度（彈性回跳法）、顯微硬度和錘擊式布氏硬度等。汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章1布氏硬度 測(cè)試原理：用一定大小的載荷F，把直徑為D的硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除載荷，移去壓頭，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕平均直徑d。用載荷F除以壓痕的表面積所得的商，即為被測(cè)材料的布氏硬度值。 汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章1布氏硬度 汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章 用硬質(zhì)合金球作為壓

5、頭所測(cè)得的布氏硬度用符號(hào)HBW表示，適用于測(cè)量硬度不超過(guò)650的材料。 1布氏硬度 汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章 布氏硬度的表示方法規(guī)定為： 符號(hào)HBS和HBW前面的數(shù)值為硬度值，符號(hào)后面按以下順序表示試驗(yàn)條件：壓頭球體直徑（）、試驗(yàn)載荷（Kgf）、試驗(yàn)載荷保持時(shí)間（S）（1015S不標(biāo)注）。 例120 HBW10/1000/30 實(shí)驗(yàn)測(cè)量d查表硬度1布氏硬度 汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章2.洛氏硬度 洛氏硬度采用直接測(cè)量壓痕深度來(lái)確定度值的。試驗(yàn)原理如圖所示。 我國(guó)常用的是HRA、HRB、HRC三種，試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍見(jiàn)表1-2。 洛氏硬度值的表示方法規(guī)定為：硬度符號(hào)前面注明硬度值，例如52HRC、70HR

6、A。 在硬度和強(qiáng)度之間，存在著一定的換算關(guān)系。 汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章汽車(chē)應(yīng)用材料 第一章汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 閉式齒輪傳動(dòng)：1）軟齒面（350HBW)主要失效形式:齒面點(diǎn)蝕，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。2）硬齒面（350HBW）或鑄鐵齒輪輪齒折斷的可能性較大，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。開(kāi)式齒輪傳動(dòng):主要失效形式為齒面磨損，通常按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定齒輪的模數(shù)，考慮磨損因素，再將模數(shù)增大10%20%，而無(wú)需校核接觸強(qiáng)度。汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪的常用材料 齒輪材料基本要求 ：齒面硬、齒芯韌即：(1)齒

7、面應(yīng)有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合以及塑性變形等；(2)齒芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷：(3)應(yīng)有良好的加工工藝性能及熱處理性能使之便于加工且便于提高其力學(xué)性能。最常用的齒輪材料是鋼，此外還有鑄鐵及一些非金屬材料等。汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪材料選用的基本原則 齒輪材料必須滿(mǎn)足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、 可靠性、經(jīng)濟(jì)性等； 應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造 工藝； 鋼制軟齒面齒輪，其配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持 在3050HBW或更多。 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 鍛鋼：強(qiáng)度高、韌性好、便于制造、便于熱處理等，大多數(shù)齒輪都用鍛鋼制造。齒輪的常用材料

8、 軟齒面齒輪：齒面硬度350HBW，常用中碳鋼和中碳合金鋼，如45鋼40Cr，35SiMn等材料，進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。硬齒面齒輪齒面硬度350HBW，常用的材料為中碳鋼或中碳合金鋼經(jīng)表面淬火處理。汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 選擇齒輪材料的注意事項(xiàng)：在確定大、小齒輪硬度時(shí)應(yīng)注意： 小齒輪的齒面硬度大齒輪的齒面硬度= 3050HBW；原因：小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 鑄鋼當(dāng)尺寸在400一600mm不便于鍛造時(shí)，用鑄造方法制成鑄鋼齒坯，再正火處理細(xì)化晶粒。 鑄鐵當(dāng)尺寸500mm、低速、輕載的齒輪可以制成鑄

9、鐵齒坯、大齒圈或輪輻式齒輪。 非金屬材料 高速輕載及精度不高的齒輪傳動(dòng)，為了降低噪聲，常用非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等）做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵。齒輪的常用材料汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 1汽車(chē)齒輪的選材（1）汽車(chē)齒輪的工作條件 （2）汽車(chē)齒輪的主要失效形式 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 對(duì)汽車(chē)齒輪的性能要求 1）高的彎曲疲勞強(qiáng)度； 2）高的接觸疲勞強(qiáng)度耐磨性； 3）較高的強(qiáng)度和沖擊韌性； 4）較好的熱處理性能，熱處理變形小。汽車(chē)齒輪的選材汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 典型汽車(chē)齒輪選材在我國(guó)，應(yīng)用最多的汽車(chē)齒輪用材是合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。滲碳、淬火、回火后，還可采用噴

10、丸處理，增大表面應(yīng)壓力，有利于提高疲勞強(qiáng)度，并清除氧化皮。 加工工藝路線(xiàn) ： 下料鍛造正火切削加工滲碳、淬火及低溫回火噴丸磨削加工汽車(chē)齒輪的選材圖2-53 汽車(chē)變速齒輪 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 二、圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)與潤(rùn)滑 （一）圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形狀圓柱齒輪結(jié)構(gòu)一般分為輪緣、輪轂和輪輻三部分. 1齒輪軸 2實(shí)心式齒輪 3輻板式齒輪 常用的齒輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 常用的齒輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 常用的齒輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：圖 齒輪軸 圖 實(shí)心式齒輪 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 常用的齒輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：圖 輻板式齒輪模鍛圓柱齒輪 b）自由鍛造的圓柱齒輪 圖 鑄造的輻板式齒輪 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 （二）齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑和效率潤(rùn)滑方式:（1）浸油潤(rùn)滑 , （2） 噴油潤(rùn)滑 圖 油池潤(rùn)滑和噴油潤(rùn)滑a) 不帶油輪的油池潤(rùn)滑 b) 帶油輪的油池潤(rùn)滑 c) 噴油潤(rùn)滑 汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑潤(rùn)滑方式汽車(chē)機(jī)械基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑和效率2.潤(rùn)滑劑的選擇 在選擇潤(rùn)滑油時(shí)，先根據(jù)齒輪的工作條件以及圓周速度由下表查得運(yùn)動(dòng)粘度值，再根據(jù)選定的粘度值確定潤(rùn)滑