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常用同步帶輪傳動失效形式和設計準則

Tags:同步帶,同步帶輪人氣:發布: 2014年06月10日

      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多樣,較為常見的是下面敘述的五種失效形式。同步帶輪的其它部分(如齒圈、輪輻、輪轂等),除了對帶輪的質量大小需加嚴格限制外,通常只需按經驗設計,所定的尺寸對強度及剛度均較富裕,實踐中也極少失效?!?/p>

1、齒面磨損   

    在同步帶輪傳動中,齒面隨著工作條件的不同會出現不同的磨損形式。例如當嚙合齒面間落入磨料性物質(如砂粒、鐵屑等)時,齒面即被逐漸磨損而至報廢。這種磨損稱為磨粒磨損。它是開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磨粒磨損最有效的方法。

2、齒面膠合

    對于高速重載的同步帶輪傳動(如航空發動機減速器的主傳動同步帶輪),齒面間的壓力大,瞬間溫度高,潤滑效果差,當瞬時溫度過高時,相嚙合的兩齒面就會發生粘在一起的現象,由于此時兩齒面又在作相對滑動,相粘結的部位即被撕破,于是在齒面上沿相對滑動的方向形成傷痕,稱為膠合。傳動時齒面瞬時溫度愈高、相對滑動速度愈大的地方,愈易發生膠合。有些低速重載的重型同步帶輪傳動,由于齒面間的油膜遭到破壞,也會產生膠合失效。此時,齒面的瞬時溫度并無明顯增高,故稱為冷膠合。加強潤滑措施,采用抗膠合能力強的潤滑油(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的膠合。

3、齒面塑性變形

    塑性變形屬于輪齒永久變形一大類的失效形式,它是由于在過大的應力作用下,輪齒材料處于屈服狀態而產生的齒面或齒體塑性流動所形成的。塑性變形一般發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出現。塑性變形又分為滾壓塑變和錘擊塑變。滾壓塑變是由于嚙合輪齒的相互滾壓與滑動而引起的材料塑性流動所形成的。由于材料的塑性流動方向和齒面上所受的摩擦力方向一致,所以在主動輪的輪齒上沿相對滑動速度為零的節線處被碾出溝槽,而在從動輪的輪齒上則在節線處被擠出脊棱。這種現象稱為滾壓塑變形。錘擊塑變則是伴有過大的沖擊而產生的塑性變形,它的特征是在齒面上出現淺的溝槽,且溝槽的取向與嚙合輪齒的接觸線相一致。提高輪齒齒面硬度,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產生塑性變形。

4、輪齒折斷      

    輪齒折斷有多種形式,在正常情況下,主要是齒根彎曲疲勞折斷,因為在輪齒受載時,齒根處產生的彎曲應力最大,再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應力集中作用,當輪齒重復受載后,齒根處就會產生疲勞裂紋,并逐步擴展,致使輪齒疲勞折斷。此外,在輪齒受到突然過載時,也可能出現過載折斷或剪斷;在輪齒受到嚴重磨損后齒厚過分減薄時,也會在正常載荷作用下發生折斷。   

    在斜齒圓柱同步輪傳動中,輪齒工作面上的接觸線為一斜線(參看圖例),輪齒受載后,如有載荷集中時,就會發生局部折斷。若制造或安裝不良或軸的彎曲變形過大,輪齒局部受載過大時,即使是直齒圓柱同步輪,也會發生局部折斷?! ?/p>

為了提高同步輪的抗折斷能力,可采取下列措施:

1)用增加齒根過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、滾壓等工藝措施對齒根表層進行強化處理。

5、齒面點蝕

   點蝕是齒面疲勞損傷的現象之一。在潤滑良好的閉式同步輪傳動中,常見的齒面失效形式多為點蝕。所謂點蝕就是齒面材料變化著的接觸應力作用下,由于疲勞而產生的麻點狀損傷現象。齒面上最初出現的點蝕僅為針尖大小的麻點,如工作條件未加改善,麻點就會逐漸擴大,甚至數點連成一片,最后形成了明顯的齒面損傷。同步輪在嚙合過程中,齒面間的相對滑動起著形成潤滑油膜的作用,而且相對滑動速度愈高,愈易在齒面間形成油膜,潤滑也就愈好。當輪齒在靠近節線處嚙合時,由于相對滑動速度低,形成油膜的條件差,潤滑不良,摩擦力較大,特別是直同步輪傳動,通常這時只有一對齒嚙合,輪齒受力也最大,因此,點蝕也就首先出現在靠近節線的齒根面上,然后再向其它部位擴展。從相對意義上說,也就是靠近節線處的齒根面抵抗點蝕的能力最差(即接觸疲勞強度最低)?! ?/p>

   提高同步帶輪材料的硬度,可以增強同步輪抗點蝕的能力。在嚙合的輪齒間加注潤滑油可以減小摩擦,減緩點蝕,延長同步輪的工作壽命。并且在合理的限度內,潤滑油的粘度越高,上述效果也愈好。因為當齒面上出現疲勞裂紋后,潤滑油就會侵入裂紋,而且粘度愈低的油,愈易侵入裂紋。潤滑油侵入裂紋后,在輪齒嚙合時,就有可能在裂紋內受到擠脹,從而加快裂紋的擴展,這是不利之處。所以對速度不高的同步輪傳動,以用粘度高一點的油來潤滑為宜;對速度較高的同步輪傳動(如圓周速度v>12m/s),要用噴油潤滑(同時還起散熱的作用),此時只宜用粘度低的油。開式同步輪傳動,由于齒面磨損較快,很少出現點蝕。

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