齿轮传动的齿根弯曲强度

齿根弯曲强度决定了齿轮抵抗齿根折断的能力，是齿轮设计的强制性指标，其计算基于材料力学的悬臂梁模型，重点考量齿根过渡曲线处的应力集中。对于模数 5mm、齿数 20 的直齿轮，齿根危险截面厚度约为 3.5mm，在传递 1000N・m 扭矩时，通过有限元分析得出最大弯曲应力需≤350MPa，安全系数 S≥1.4（对于调质钢）。

材料选择对弯曲强度影响显著，42CrMo 调质处理（硬度 280-320HB）的齿轮，弯曲疲劳极限可达 450MPa，而 20CrNi2Mo 渗碳淬火（齿芯硬度 30-35HRC）的齿轮，因齿根芯部韧性提升，抗冲击弯曲能力更强，适用于频繁启动的工况。齿根圆角半径是关键结构参数，标准齿轮的圆角半径为 0.38m（m 为模数），通过修缘处理增大至 0.45m，可使应力集中系数从 1.8 降至 1.5，显著提升弯曲强度。

动态载荷下的强度校核需考虑冲击系数（Kv），当转速从 1000r/min 升至 3000r/min 时，Kv 值从 1.1 增至 1.3，计算时需将名义载荷乘以该系数。在齿轮加工中，滚齿工序的进给量控制在 0.1mm/r 以内，避免齿根表面产生撕裂缺陷；最终的喷丸处理（强度 0.2mmA）可在齿根表层形成 - 300MPa 的残余压应力，抵消部分工作拉应力，使弯曲疲劳寿命延长 2-3 倍。定期检测通过磁粉探伤（MT）进行，每年检查一次齿根区域，不允许出现长度≥0.5mm 的裂纹，确保运行安全。