3.3  齿向载荷分布
   
    图9反映了主动轴不同支承方式时，载荷沿齿宽方向分布情况。其中，横轴表示沿齿宽方向的接触带（坐标间隔为4mm），1和31分别位于两个端面，1靠近电动机一端，31为另一端；纵轴表示接触力的分布。图中曲线a、b分别为悬臂长160mm和480mm时的载荷分布，通过a、b的比较，悬臂越长，偏载越大。为做对比，较平的曲线 c 为主动轴刚性时载荷分布情况情况。

    由图中曲线走势，载荷沿齿宽方向主要呈线形分布，可看出，载荷沿齿宽方向不是均匀分布，而是呈有规律的衰减：靠近电动机一侧较大，远离一侧较小。甚至为零（不接触）。越靠近自由端齿面分离趋势愈大，影响到接触力愈小。出现以上的偏载情况，较符合实际，这主要是由一电机轴悬臂的影响。电机轴悬臂，啮合受力以后，自由端有变曲翘起和扭转变形，致使齿轮的几何中心线与齿轮回转轴线倾斜，从而造成齿面的贴合度偏差,成为轮齿脉动偏载力主要来源之一。

    4  结  论

    综合以上分析，我们认为齿轮轮齿断裂的原因有以下几个方面：

    4. 1  减速箱主动、从动齿轮的断裂为材料接触疲劳断裂。齿根裂纹系在服役中产生，齿轮的断裂次序为从动轴齿轮由于疲劳抗力较低,先行发生接触疲劳失效，使主动轮受力状况恶化，随后也很快发生接触疲劳失效。

    4. 2  支承不仅对齿向偏载有影响，而且对齿廓方向的偏载也有较大影响。电机轴悬臂，啮合受力以后，自由端有变曲翘起和扭转变形，致使齿轮的几何中心线与齿轮回转轴线倾斜，从而造成齿面的贴合度偏差。大小齿轮轴线不平行等因素造成的脉动偏载力使齿轮受力状况恶化，这是造成这次事故的直接原因。

    4.3  从动齿轮在进行渗碳热处理时，渗碳层组织粗大，无粒状碳氮化合物，残余奥氏体较多。齿面硬度偏低（HRC56）,促使齿轮抗接触疲劳性能降低。严重影响了齿轮件的耐磨性以及疲劳强度。这是零件较早发生接触疲劳失效的重要原因。同时，机加工刀痕引起的应力集中，是产生二次疲劳裂纹源的一个重要因素。

    4.4  根据齿轮失效的现象及有限元分析，扭转振动对齿面接触应力的影响主要通过载荷系数起作用，扭振引起的齿面脉动会使得偶然性的冲击载荷、动载荷系数都变大，进而使齿面接触应力增大。超出齿面的承载能力而引起疲劳损伤。

    5  预防建议

    5.1  检查大齿轮与电机同轴度、大小齿轮轴线平行度及齿轮与轴装配情况，保证安装精度。

    5.2  改善齿轮润滑条件，以降低齿轮接触应力。

    5.3  严格齿轮表面渗碳热处理工艺，提高热处理质量，避免各种表面渗碳热处理缺陷的产生。

    5.4  加大齿轮传动轴的直径提高结构的刚度，将大齿轮传动轴由160mm增加到200mm。这样可以大大减少轴系的静挠度，改善齿轮的工作状况，齿面的接触应力也会降低。

    6  结  语

    综上所述,齿轮轮齿的断裂问题是机械传动装置中普遍存在的现象。产生轮齿断裂的因素是多方面的。针对由于某种主要原因造成的断齿现象,而采取相对行之有效的方法,是解决轮齿断裂问题的根本。而借助于现代有限元运动学分析手段结合传统材料宏观以及微观分析,对于从根本上解决传动装置在运行中经常出现的齿轮轮齿断裂问题是十分有效的。

    参考文献

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   〔2〕 孙守迁，包恩伟，潘云鹤.基于组合原理的概念创新设计。计算机辅助设计与图形学学报，1999,11(5):3

   〔3〕 谢进,丁剑飞,陈永.基于功能约束和结构的机构设计.机械设计与研究,1999,2

   〔4〕 庄晓,周雄辉,阮雪榆.三维装配约束求解的解析方法.计算机辅助设计与图形学报,1999,11

   〔5〕 Aanantha, Glenn A Krammer, Richard H Crawfordt. Assembly modeling by geometric constraint satisfaction. Computer aided 
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