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1、试分析齿轮轮齿的主要失效形式及产生的原因。开式闭式齿轮传动设计的准则有何不同？答：失效形式主要有四种：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、和齿面胶合。一，轮齿折断：因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力集中，因此，轮齿折断一般发生在齿根部分。若轮齿单侧工作时，根部弯曲应力一侧为拉伸，另一侧为压缩，轮齿脱离啮合后，弯曲应力为零。因此，在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯曲持久极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹。裂纹的逐渐扩展，最终将引起断齿，这种折断称为疲劳折断。轮齿因短时过载或冲击过载而引起的突然折断，称为过载折断。用淬火钢或铸铁等脆性材料制成的齿轮，容易发生这种断齿。二，齿面磨损：齿面磨损主要是由于灰砂、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损；其次是因齿面互相摩擦而产生的跑合性磨损。磨损后齿廓失去正确形状（图3－42），使运转中产生冲击和噪声。磨粒性磨损在开式传动中是难以避免的。采用闭式传动，提高齿面光洁度和保持良好的润滑可以防止或减轻这种磨损。三，齿面点蚀：轮齿工作时，其工作表面产生的接触压应力由零增加到一最大值，即齿面接触应力是按脉动循环变化的。在过高的接触应力的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑，即疲劳点蚀，继续发展以致轮齿啮合情况恶化而报废。实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处（图3－43）。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。软齿面（HBS≤350）的闭式齿轮传动常因齿面点蚀而失效。在开式传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展即被磨掉，所以一般看不到点蚀现象。可以通过对齿面接触疲劳强度的计算，以便采取措施以避免齿面的点蚀；也可以通过提高齿面硬度和光洁度，提高润滑油粘度并加入添加剂、减小动载荷等措施提高齿面接触强度。四、齿面胶合：在高速重载传动中，常因啮合温度升高而引起润滑失效，致使两齿面金属直接接触并相互粘联。当两齿面相对运动时，较软的齿面沿滑动方向被撕裂出现沟纹（图3－44），这种现象称为胶合。在低速重载传动中，由于齿面间不易形成润滑油膜也可能产生胶合破坏。提高齿面硬度和光洁度能增强抗胶合能力。低速传动采用粘度较大的润滑油；高速传动采用含抗胶合添加剂的润滑油，对于抗胶合也很有效。、五、普通闭式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和点蚀。普通开式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和磨粒磨损。设计准则：为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度;为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。对普通齿轮传动其设计准则为：1）闭式软齿面：按齿面接触疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核齿根游弯曲疲劳强度；硬齿面：按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸）,然后校核齿面接触疲劳强度。2）开式：只计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数（预留磨损量）。此外对高速重载传动，还应按齿面抗胶合能力进行计算。2、选择齿轮材料的原则是什么？常用哪些材料及热处理方法？软硬齿面的区分依据是什么？答：1）对齿轮材料性能的要求：齿面硬，芯部韧。基本原则：齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型的方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高20-50HBS.硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。2）软齿面：调质，正火:改善机械性能，增大强度和韧性。硬齿面：表面淬火，表面氮化：接触强度提高、耐磨性好，可抗冲击。配对齿轮均采用软齿面时：小齿轮爱载次数多，故材料应选好些，热处理硬度略高于大齿轮（约30-40HBS）.3)软齿面（硬度＝350HBS）热处理的方法有正火和调质。硬齿面（硬度350HBS）的热处理方法有整体淬火、表面淬火、渗碳淬火和氮化等。3、从齿轮轮齿失效情况得出了哪些承载能力计算依据？其理论基础（原始公式）是什么？各自针对哪种失效形式？答：1）齿面接触疲劳强度计算，以Herts接触应力公式为基础。主要针对齿面点蚀；2）齿根弯曲疲劳强度计算，计算依据是材料力学弯曲疲劳强度计算工式。主要针对轮齿折断。4、齿轮强度计算时为什么要引入载荷系数K?它由哪几部分组成？其中各部分含义是什么？各与哪些因素有关？答：由于齿轮传动工作情况不同，原动机和工作机的特性各不同，加上齿轮受制造、安装误差和弹性变形等因素影响，另外在啮合的齿对间载荷分配也不均故引入载荷系数。使用系数KA：是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。动载系数KV：是考虑齿轮自身啮合传动时所产生的的动载荷影响的系数。与制造及装配误差，圆周速度等有关。齿间载荷分配系数Kα：是考虑齿间载荷分布的不均匀所产生影响的系数。与齿距误差，弹性变形等有关。齿向载荷分布系数Kβ：是考虑齿面上载荷沿接触线分布不均所产生影响的系数。与齿轮相对轴承的位置，轴、轴承、支座的变形以及制造、装配误差等有关。5、分析比较直、斜圆柱齿轮及锥齿轮传动的受力情况（力的三要素）答：圆柱直齿轮主要是径向力和周向力。圆柱斜齿轮主要是径向力、周向力及轴向力。锥齿轮主要是径向力和轴向力。这些都是分解以后的力。最初的力就是一对齿轮接触面上法向方向的力。6、影响齿轮齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的因素有哪些？主要原因是什么？怎样影响的？答：接触疲劳强度：材料性能、节点啮合处齿廓曲率、重合度和泊松比u、齿宽系数。主要因素是小轮直径d1，d1增大，接触疲劳强度增大。弯曲疲劳强度：轮齿形状。主要原因是模数m,m增大，弯曲疲劳强度增大。齿形系数的物理意，与哪些因素有关，为什么与模数无关。同一齿数的直斜锥是否相同？答：表示载荷作用于齿顶时，同于轮齿形状不同对其弯曲强度的影响。只与齿廓形状有关(齿数，压力角，变位系数)，三者增加时，齿根厚度增大，YFa减小。cos)(cos)(62FFFFamSmhY与模数无关。模数m的变化只引起齿廓尺寸大小的变化，并不改变齿廓的形状，齿形系数没有变化。7、8、齿轮设计中Z、Φd、螺旋角β如何选择？设计闭式软齿面时为什么在满足弯曲强度下Z1尽可能取多点好？答：1)、Z：2)、齿宽系数Φd：Φd=b/d1,一定载荷下,,增大齿宽可减小齿轮直径和传动中心距,从而降低圆周速度.但齿宽越大,载荷分布愈不均匀,提高了对轴系支承刚度的要求,因此须合理选择Φd.为便于装配和调整,根据d1和齿宽求出b＝d2后,将小齿轮宽度加大5-10mm,即b1=b2+(5-10)mm.大小齿轮为硬齿面Φd取小值,否则取大值.3)螺旋角β选大些时，可增大重合度，从而提高了传动的平稳性和承载能力。但β过大时，导致轴向力剧增。故一般选β=8度～20度。如β角过小，不能显示斜齿轮传动的优越性。从减小齿轮的振动和噪音角度来考虑，目前有采用大螺旋角齿轮的趋势。4)闭式软齿面传动尺寸主要取决于轮齿接触疲劳强度,而弯曲疲劳强度往往比较富裕,故宜选多些.(闭式硬齿面尺寸有可能要取决于弯曲疲劳强度,故不宜过多;开式主要取决于弯曲疲劳强度,不宜过多)9、对于作双向传动的齿轮来说,它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各有什么特征?在作强度计算怎样考虑?答:对于双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力是脉动循环应力；齿根弯曲应力属于对称循环应力。需要说明的是：对于任何齿轮传动，接触应力都是脉动循环应力。一、齿轮传动的失效形式：齿轮传动的失效一般发生在轮齿上，通常有轮齿折断和齿面损伤两种形式。后者又分为齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等。1、轮齿折断：一般发生在齿根部位，因为齿根是应力集中源而且应力最大。轮齿折断可分为：(1)疲劳折断：轮齿受力后齿根部受弯曲应力的反复作用，当齿根过渡圆角处的交变应力超过了材料的疲劳极限时，其拉伸侧将产生疲劳裂纹。裂纹不断扩展，最终造成轮齿的弯曲疲劳折断。(2)过载折断：若齿轮严重过载或受冲击载荷作用，或经严重磨损后齿厚过分减薄时，导致齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然折断。选用合适的材料和热处理方法，使齿根芯部有足够的韧性；采用正变位齿轮，增大齿根圆角半径，对齿根处进行喷丸、辊压等强化处理工艺，均可提高轮齿的抗折断能力。2、齿面点蚀：轮齿受力后，齿面接触处将产生循环变化的接触应力，在接触应力反复作用下，轮齿表层或次表层出现不规则的细线状疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果，使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀。一般多出现在节线附近的齿根表面上，然后再向其它部位扩展，这是因为在节线处同时啮合齿对数少，接触应力大，且在节点处齿廓相对滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大。提高齿面硬度和润滑油的粘度，采用正角度变位传动等，可减缓或防止点蚀产生。3、齿面磨损：当齿面间落入砂粒、铁屑、非金属物等磨料性物质时，会发生磨料磨损。齿面磨损后，齿廓形状破坏，引起冲击、振动和噪声，且由于齿厚减薄而可能发生轮齿折断。磨料磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。改善密封和润滑条件、在油中加入减摩添加剂、保持油的清洁、提高齿面硬度等，均能提高抗磨料磨损能力。4、齿面胶合：互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着磨损现象称为胶合。热胶合：在重载高速齿轮传动中，由于啮合处产生很大的摩擦热，导致局部温度过高，使齿面油膜破裂，产生两接触齿面金属融焊而粘着，这种胶合称为热胶合。热胶合是高速重载齿轮传动的主要失效形式。冷胶合：在重载低速齿轮传动中，由于局部齿面啮合处压力很高，且速度低，不易形成油膜，使接触表面膜被刺破而粘着，这种胶合称为冷胶合。减小模数、降低齿高、采用角度变位齿轮以减小滑动系数，提高齿面硬度，采用抗胶合能力强的润滑油(极压油)等，均可减缓或防止齿面胶合。二、齿轮传动的设计：1、闭式软齿面：失效形式：主要是疲劳点蚀，其次是轮齿折断；设计约束：按接触疲劳强度计算，校核弯曲疲劳强度。2、闭式硬齿面：失效形式：主要是轮齿折断，其次是齿面疲劳点蚀。设计约束：按弯曲疲劳强度计算，校核接触疲劳强度。3、开式齿轮：失效形式：齿面磨损和轮齿折断，设计约束：因磨损尚无成熟的计算方法，只能近似地认为其约束条件是轮齿弯曲疲劳强度条件，并通过适当增大模数的方法来考虑磨损的影响。4、短期过载的齿轮传动，其主要失效形式是过载折断或塑性变形，其设计约束条件为静强度条件。三、计算载荷：，1、使用系数KA：是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷影响的系数。这种动载荷取决于原动机和从动机械的特性、质量比、联轴器类型以及运行状态等。2、动载系数KV：是考虑齿轮自身啮合传动时所产生的的动载荷影响的系数。与制造及装配误差，圆周速度等有关。3、齿间载荷分配系数Kα：是考虑齿间载荷分布的不均匀所产生影响的系数。与齿距误差，弹性变形等有关。4、齿向载荷分布系数Kβ：是考虑齿面上载荷沿接触线分布不均所产生影响的系数。与齿轮相对轴承的位置，轴、轴承、支座的变形以及制造、装配误差等有关。四、齿面接触疲劳强度条件：一对渐开线圆柱齿轮在节点啮合时，其齿面接触状况可近似认为与两圆柱体的接触状况相当，故其齿面的接触应力可近似地用赫芝公式进行计算。直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度的校核式：引入齿宽系数，得接触疲劳强度的设计式：注意：1)一对相啮合的齿轮，其接触应力是相等的，即：；许用接触应力一般不等，即：，上两式中的取小值代入.2)影响齿轮接触强度的几何参数主要有：d(或a)、b、u和'，影响最大的是d；3)提高齿面接触疲劳强度的主要措施有：A、加大齿轮直径d或中心距a；B、适当增大齿宽b(或齿宽系数)；C、采用正变位齿轮；D、提高齿轮精度等级；E、改善齿轮材料和热处理方式，以提高。五、轮齿弯曲强度条件：1、力学模型：将轮齿视为悬臂梁，确定危险截面和载荷作用点。危险截面：用30°切线法确定。作与轮齿对称中线成30°角并与齿根过渡圆角相切的切线，通过两切点作平行于轴线的截面即为危险截面。载荷作用点：啮合过程中，载荷作用点是不断变化的。为