1 齿轮失效模式的探讨
齿轮在传动过程中会以各种形式失效 ，甚至失去传动能力。齿轮传动的失效模式与齿轮材料、热处理方式、润滑条件、载荷大小、载荷变18 世纪中叶,人们开始研究 1928年, Buckingham发表了一篇关于.齿轮磨损的论文，将齿面失效分为六种失效形式:点蚀 、磨粒磨损、胶合、剥落、擦伤和咬入。在1939中，赖德奥特将齿轮损坏分为八种形式，包括正常磨损、点蚀、剥落、胶合、划伤、切割、滚动和 锤击。在1953中，Borsoff和Sorem将齿轮损坏分为六类。1967中，尼曼根据大量实验，针对渐开线齿轮的四种失效形式,绘制了承载能力极限关系图,指出当齿轮转速 较低时，影响软齿面齿轮承载能力的主要因素是点蚀，硬齿面齿轮承载能力是断齿；对于高速重载的传动齿轮，影响因素往往是胶合。自20世纪50年代以来，一些 1951年,美国把齿轮损伤分为两类,一类是齿面损伤,包括磨损、塑性变形、胶合、 表面疲劳等。，另一种是轮齿断裂。第一类齿面损伤是齿轮作为高副摩擦学引起的表面损伤；后一种轮齿的断裂是作为受力构件的轮齿因体积强度不足 而损坏。1968奥地利国家标准规定了齿轮损伤的术语。
1983年，我国颁布了《齿轮轮齿损伤的术语、特征和原因》国家标准(GB /T3481-83)，将 齿轮损伤形式分为五类，即磨损、齿面疲劳(包括点蚀和剥落)、塑性变形、轮齿断裂和其他损伤，***26 1997, 我国颁布了修订后的国家 标准 GB/T3481-1983.类，即轮齿断裂、齿面疲劳点蚀、齿面胶合、齿面磨损和 塑性变形。
齿轮2的强度设计探讨
2.1轮齿弯曲强度的计算
1785年，英国瓦特提出了齿根弯曲强度的计算 1893了齿轮轮齿弯曲强度的计算公式，用内接抛物线法求齿轮的危险截面， 称为“抛物线法”[12]，如图1所示。刘易斯通过作用在齿顶的载荷推导出齿根弯曲应力的公式，但对于重合度大于1小于2的齿轮传动，理论上只有单对 齿啮合时，载荷才由一个齿承担。
最大弯曲应力点较低。
之后出现了30°切线法、尼曼法、白金 ISO 6336-1980强度和齿面接触强度的计算方法.
过去，我国齿轮强度的计算方法比较混乱，没有统一的标准，给生产、科研和教学带来了许多问题。因此，在1981，我国成立了“渐开线圆柱齿轮计算方法”国家标准课题组 ，以ISO 6336-1980为基础开展了全面的研究工作。1983年颁布了计算渐开线圆柱齿轮承载能力的国家标准(GB /T3480—1983)。
目前我国齿轮弯曲强度 30°角并与齿根圆角相切的斜线,两个切点的连线为齿根危险截面位置。而且以单 对齿啮合区域的最高点为最不利载荷点，此时产生的弯曲应力最大，如图2所示。另外，在弯曲疲劳强度的计算公式中，齿形系数在很多机械设计中只与齿数有关 ，与模数无关，不容易理解。以下是对相关问题的详细分析。如图2所示，齿根弯曲应力σf = MW = fnh fcosαFbs2f/ 6 = 6 kfthfcosαFbs2f cosα= kft bm6(HFM)cosα f( SFM)2 cosα(1),其中αf为齿顶圆的压力角。YF =6( hFm) cos αF( SFm)2cos α在公式(1)中，YF称为齿廓系数，最早是由路易在 他的计算轮齿弯曲强度的公式中引用的。可以看出，YF是一个与齿形几何参数有关的系数。因为，根据齿轮形成原理,齿数的变化会引起轮齿上hF、SF、aF等 参数的变化。由于hF、SF和aF都与齿轮模数成正比，齿廓系数中的模数可以省略。因此，齿形系数不受模数的影响，只与齿数有关。牙齿越多，YF 越小，反之亦然。这就是为什么在机械设计教材中经常看到标准齿轮的齿廓系数只与齿数有关，与模数无关的原因。
2.2齿轮压应力对弯曲应力 的影响
根据30°切线法和齿轮应力分析。法向力Fn移动到轮齿的中心线，并分解成两个垂直分量，即圆周力Ft和径向力Fr。根据 力学理论，Ft产生的弯曲应力为σF，而Fr产生的压缩应力为σy。因此，齿根危险截面上的应力是由弯曲和压缩组成的复合应力，导致齿根两侧的应力不相等。但 在相关的机械设计资料中，齿轮弯曲强度的计算公式中没有计算径向力引起的压应力，而且在大多数相关教材中,认为压应力相对于齿根最大弯曲应力较小,可以忽略不计. 但是压应力到底有多大，为什么可以忽略，很少有人计算。下面是关于压应力和弯曲应力的讨论。如图2所示，Ft产生的弯曲应力σF如公式(1)所示。Fr产生的 压应力σy为σy = Fnsin αFbSF( 2)。σyσF= SF6hFtan αF = h '，那么SF = 2h' tan30，所以σyσF= tan 30tan αF3h'hF假设标准齿轮模数为m，齿数为z .那么齿顶 圆的压力角为cos αF = rbra= zz+2cos α，因为h'hF
2.3齿面接触疲劳强度的计算
图4赫兹接触应力模型齿面接触 疲劳强度计算是计算齿轮齿面疲劳点蚀失效的强度计算。赫兹在1881中提出了两圆柱体接触时接触面上的载荷分布公式,作为齿面强度计算的理论依据,如图4所示. 根据赫兹接触应力理论，载荷作用下接触区产生的最大接触应力为σh = Fnπb 1ρ1ρ21-μ21 E 1+1-μ22 E 2(.
b是接触长度；μ1和μ2分别是两种圆柱形材料的泊松比；E1和E2是两种圆柱形材料的弹性模量。ρ1和ρ2是两圆柱体接触的半径，其中“+”用 于外接触，“-”用于内接触。1898中，Lasser根据法向力应用“压力”原理研究齿面接触疲劳强度。在1908中，奥地利的Witteki应用赫兹的两圆柱接触应力理论计算了齿轮 1932年,英国BS根据实验数据提出了以基本表面应力作为齿面强度的计算方法。美国AGMA在1940中采用了齿面 1949, Buckingham, Buckingham超过许用值的计算方法，后来这种方法被许多 计算方法所采用。1954，尼曼采用最大载荷点的轧制压力。迄今为止，我国计算齿面接触疲劳强度一般设1ρ σ = 1ρ 1ρ 2，ρ σ称为综合曲率。对于标准齿轮，1ρσ= 2d 1 sinαI 1i。并设式(3)中ze = 1π1-μ21e 1+1-μ22e为弹性影响系数。因此，获得渐开 线直齿圆柱齿轮接触疲劳强度的基本公式为σh = zez H2 kt 1bd 21i 1σh(4),其中ZH = 2 sin αcos α，称为面积系数，对于压力角α等于20。机械设计手册或机械设计 教材中齿轮接触疲劳强度公式的版本很多，其中最常见的是简化一对钢标准齿轮的齿轮齿面接触强度校核公式，取E1 = E2 =2。06 × 105MPa，μ1 =μ2 =0。3 ，进而得出机械设计中常用的校核公式。σh = 671kt 1bd 21I 1I ≤[σ]h(5)
2.4齿面结合强度的计算
齿轮的 另一个常见故障是齿面胶合。关于齿轮胶合有一个统一的观点:两个啮合的金属齿面在一定的压力下直接接触，同时随着齿面的运动，金属从齿面上被撕掉， 产生粘连和磨损。胶水分冷胶和热胶。对于高速重载齿轮传动，齿面瞬时温度高，相对滑动速度大时，容易发生热粘结。对于低速重载的重载齿轮传动，由于齿 面间压力过大，齿面油膜被破坏。虽然牙面温度不高，但很容易胶合，称为冷胶。
目前，对齿轮齿面结合强度计算的研究主要基于两 种理论。一种是基于Pv值(压力和速度的乘积)或PTV值(t是啮合点到节点的距离)作为计算粘接的指标。另一种是Brock算法，以牙面温度作为判断胶合 1975, 2003, 2003, 2003, 2003, 2003家标准《圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮胶合承载能力计算方法》 (GB-Z 6413。1-2003 y GB-Z 6413。2-2003).结承载能力计算方法》. 有人曾试图根据弹性流体动力润滑理论计算齿面间的油膜厚度，作为判断粘结的依据。
在我国大部分机械设计教材中，齿轮强度设计一般只提供齿面接触疲劳
3结论
本文分别对机械设计教学中齿轮强度设计 的问题进行了分析和探讨,详细说明了我国齿轮强度设计的历史沿革和现状,以及齿轮强度设指出在齿轮弯曲疲劳强度的计算中，压应力对 "
为今后的机械设计工作打下良好的基础。
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