齒輪失效主要形式齒輪材料

1、齒輪的失效形式齒輪失效的主要形式有斷齒、磨損、點(diǎn)蝕、膠合。斷齒：是在齒輪傳動(dòng)中由于各種以外原因，一個(gè)或多個(gè)輪齒折斷使齒輪失效；磨損：齒輪傳動(dòng)過程中，齒面上的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)引起磨損；點(diǎn)蝕：齒輪傳動(dòng)過程中，齒輪接觸面上各點(diǎn)的接觸應(yīng)力呈脈動(dòng)循環(huán)變化，經(jīng)過一段時(shí)間后，會(huì)由于接觸面上金屬的疲勞而形成細(xì)小的疲勞裂紋，裂紋的擴(kuò)展造成金屬剝落，形成點(diǎn)蝕；膠合：當(dāng)齒輪在高速、大載荷或潤(rùn)滑失效的情況下，兩齒面直接接觸形成局部高溫，接觸區(qū)出現(xiàn)較大面積粘連現(xiàn)象，為膠合。合理潤(rùn)滑可以明顯延緩或防止齒輪的失效。7eDlK4O閉式傳動(dòng)閉式傳動(dòng)的主要失效形式為齒面點(diǎn)蝕和輪齒的彎曲疲勞折斷。當(dāng)采用軟齒面（齒面硬度W350HBS時(shí)，

2、其齒面接觸疲勞強(qiáng)度相對(duì)較低。因此，一般應(yīng)首先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件，計(jì)算齒輪的分度圓直徑及其主要幾何參數(shù)（如中心距、齒寬等），然后再對(duì)其輪齒的抗彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。當(dāng)采用硬齒面（齒面硬度350HBS時(shí)，則一般應(yīng)首先按齒輪的抗彎曲疲勞強(qiáng)度條件，確定齒輪的模數(shù)及其主要幾何參數(shù)，然后再校核其齒面接觸疲勞強(qiáng)度。7WJXf1y&er開式傳動(dòng)開式傳動(dòng)的主要失效形式為齒面磨粒磨損和輪齒的彎曲疲勞折斷。由于目前齒面磨粒磨損尚無完善的計(jì)算方法，因此通常只對(duì)其進(jìn)行抗彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，并采用適當(dāng)加大模數(shù)的方法來考慮磨粒磨損的影響。齒輪傳動(dòng)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

3、種失效形式。齒輪的其它部分（如齒圈、輪輻、輪轂等），除了對(duì)齒輪的質(zhì)量大小需加嚴(yán)格限制外，通常只需按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所定的尺寸對(duì)強(qiáng)度及剛度均較富裕，實(shí)踐中也極少失效。/qB）AX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?yàn)樵谳嘄X受載時(shí)，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)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(yīng)力集中作用，當(dāng)輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使輪齒疲勞折斷。此外，在輪齒受到突然過載時(shí)，也可能出現(xiàn)過載折斷或剪斷；在輪齒受到嚴(yán)重磨損后齒厚過分減薄時(shí)，也會(huì)在正常載荷作用下發(fā)生折斷。齒面磨損在斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)中，輪齒工作面上的接觸線為一斜線（參看圖例

4、），輪齒受載后，如有載荷集中時(shí)，就會(huì)發(fā)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(shí)，即使是直齒圓柱齒輪，也會(huì)發(fā)生局部折斷。為了提高齒輪的抗折斷能力，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(yīng)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(duì)齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。O,VsZJ6BQz機(jī)械零件失效：機(jī)械零件由于各種原因造成不能完成規(guī)定的功能，簡(jiǎn)稱失效。機(jī)械零件的常見失效形式有斷裂、塑性變形、表面失效、彈性變形過大、破壞正常工作條件導(dǎo)致的失效、振動(dòng)和噪音過大

5、。斷裂：機(jī)械零件在靜應(yīng)力作用下，由于某個(gè)危險(xiǎn)剖面上的應(yīng)力超過機(jī)械零件材料的強(qiáng)度極限時(shí)而發(fā)生機(jī)械零件的斷裂，如螺栓被擰斷，鑄鐵零件在沖擊載荷作用下的斷裂；機(jī)械零件在變應(yīng)力作用下，機(jī)械零件表面應(yīng)力最大處的應(yīng)力超過某極限時(shí)，產(chǎn)生微裂紋,在變應(yīng)力作用下，裂紋不斷擴(kuò)展，一旦靜強(qiáng)度不夠時(shí)，機(jī)械零件將發(fā)生疲勞斷裂，如軸的疲勞斷裂。塑性變形：機(jī)械零件在外載荷作用下，當(dāng)其所受應(yīng)力超過材料的屈服極限時(shí)，就會(huì)發(fā)生塑性變形。機(jī)械零件發(fā)生塑性變形后，其形狀和尺寸產(chǎn)生永久的變化，破壞零件間的正常相對(duì)位置或嚙合關(guān)系，產(chǎn)生振動(dòng)、噪音、承載能力下降，嚴(yán)重時(shí)，機(jī)械零件，甚至機(jī)器不能正常工作。例如，齒輪的輪齒發(fā)生塑性變形，不能滿足

6、正確嚙合條件和定傳動(dòng)比傳動(dòng)，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪音；彈簧發(fā)生塑性變形后，直接導(dǎo)致喪失其功能。表面失效：械零件的表面失效指磨損、膠合和腐蝕等失效。對(duì)于高速重載的齒輪傳動(dòng)，齒面間壓力、溫度大，可能造成相嚙合的齒面發(fā)生粘連，由于齒面繼續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，粘連部分被撕裂，在齒面上產(chǎn)生沿相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的傷痕，稱為膠合，膠合也會(huì)發(fā)生在其它高速重載條件下相對(duì)運(yùn)動(dòng)處。機(jī)械零件都與其它零件接觸，在許多接觸處發(fā)生微動(dòng)或明顯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且機(jī)械零件還可能工作在環(huán)境惡劣的條件下，不可避免的發(fā)生磨損、腐蝕,在高速或重載下還可能發(fā)生膠合。機(jī)器齒面點(diǎn)蝕在齒輪傳動(dòng)中，齒面隨著工作條件的不同會(huì)出現(xiàn)不同的磨損形式。例如當(dāng)嚙合齒面間

7、落入磨料性物質(zhì)（如砂粒、鐵屑等）時(shí),齒面即被逐漸磨損而至報(bào)廢。這種磨損稱為磨粒磨損。它是開式齒輪傳動(dòng)的主要形式之一。改用閉式齒輪傳動(dòng)是避免齒面磨粒磨損最有效的方法。點(diǎn)蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中，常見的齒面失效形式多為點(diǎn)蝕。所謂點(diǎn)蝕就是齒面材料變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象。齒面上最初出現(xiàn)的點(diǎn)蝕僅為針尖大小的麻點(diǎn)，如工作條件未加改善，麻點(diǎn)就會(huì)逐漸擴(kuò)大，甚至數(shù)點(diǎn)連成一片，最后形成了明顯的齒面損傷。齒輪在嚙合過程中，齒面間的相對(duì)滑動(dòng)起著形成潤(rùn)滑油膜的作用，而且相對(duì)滑動(dòng)速度愈高，愈易在齒面間形成油膜，潤(rùn)滑也就愈好。當(dāng)輪齒在靠近節(jié)線處嚙合時(shí)，由于相對(duì)滑

8、動(dòng)速度低，形成油膜的條件差，潤(rùn)滑不良，摩擦力較大，特別是直齒輪傳動(dòng)，通常這時(shí)只有一對(duì)齒嚙合，輪齒受力也最大，因此，點(diǎn)蝕也就首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根面上，然后再向其它部位擴(kuò)展。從相對(duì)意義上說，也就是靠近節(jié)線處的齒根面抵抗點(diǎn)蝕的能力最差（即接觸疲勞強(qiáng)度最低）。提高齒輪材料的硬度，可以增強(qiáng)齒輪抗點(diǎn)蝕的能力。在嚙合的輪齒間加注潤(rùn)滑油可以減小摩擦，減緩點(diǎn)蝕，延長(zhǎng)齒輪的工作壽命。并且在合理的限度內(nèi)，潤(rùn)滑油的粘度越高，上述效果也愈好。因?yàn)楫?dāng)齒面上出現(xiàn)疲勞裂紋后，潤(rùn)滑油就會(huì)侵入裂紋，而且粘度愈低的油，愈易侵入裂紋。潤(rùn)滑油侵入裂紋后，在輪齒嚙合時(shí)，就有可能在裂紋內(nèi)受到擠脹，從而加快裂紋的擴(kuò)展，這是不利之處。所以

9、對(duì)速度不高的齒輪傳動(dòng)，以用粘度高一點(diǎn)的油來潤(rùn)滑為宜；對(duì)速度較高的齒輪傳動(dòng)（如圓周速度v12m/s）,要用噴油潤(rùn)滑（同時(shí)還起散熱的作用），此時(shí)只宜用粘度低的油。開式齒輪傳動(dòng),由于齒面磨損較快,很少出現(xiàn)點(diǎn)蝕。齒面膠合對(duì)于高速重載的齒輪傳動(dòng)（如航空發(fā)動(dòng)機(jī)減速器的主傳動(dòng)齒輪）,齒面間的壓力大,瞬間溫度高,潤(rùn)滑效果差,當(dāng)瞬時(shí)溫度過高時(shí)，相嚙合的兩齒面就會(huì)發(fā)生粘在一起的現(xiàn)象，由于此時(shí)兩齒面又在作相對(duì)滑動(dòng)，相粘結(jié)的部位即被撕破，于是在齒面上沿相對(duì)滑動(dòng)的方向形成傷痕，稱為膠合。傳動(dòng)時(shí)齒面瞬時(shí)溫度愈高、相對(duì)滑動(dòng)速度愈大的地方，愈易發(fā)生膠合。有些低速重載的重型齒輪傳動(dòng)，由于齒面間的油膜遭到破壞，也會(huì)產(chǎn)生膠合失效。

10、此時(shí)，齒面的瞬時(shí)溫度并無明顯增高，故稱為冷膠合。加強(qiáng)潤(rùn)滑措施，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤(rùn)滑油（如硫化油），在潤(rùn)滑油中加入極壓添加劑等，均可防止或減輕齒面的膠合。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(yīng)力作用下，輪齒材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動(dòng)所形成的。塑性變形一般發(fā)生在硬度低的齒輪上；但在重載作用下，硬度高的齒輪上也會(huì)出現(xiàn)。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(dòng)而引起的材料塑性流動(dòng)所形成的。由于材料的塑性流動(dòng)方向和齒面上所受的摩擦力方向一致，所以在主動(dòng)輪的輪齒上沿相對(duì)滑動(dòng)速度為零的節(jié)線處被碾出溝槽,而在從動(dòng)輪的輪齒上則在節(jié)線處被擠出

11、脊棱。這種現(xiàn)象稱為滾壓塑變形。錘擊塑變則是伴有過大的沖擊而產(chǎn)生的塑性變形，它的特征是在齒面上出現(xiàn)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(rùn)滑油均有助于減緩或防止輪齒產(chǎn)生塑性變形。外殼或機(jī)架由于腐蝕而缺損；機(jī)械零件表面失效引起尺寸、形狀的改變和表面粗糙度數(shù)值下降，影響機(jī)器精度，產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，降低機(jī)械零件的承載能力，甚至造成機(jī)械零件的卡死（如滾動(dòng)軸承）或斷裂等。彈性變形過大：零件在載荷作用下，將發(fā)生彈性變形，如彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形、拉伸變形等。過大的彈性變形將導(dǎo)致零件失效，如機(jī)床主軸彈性變形過大，將造成被加工零件精度下降。破壞正常工作條件導(dǎo)致的失效：有些機(jī)械零件必須在特定的工作條件下才能正常工作，一旦其工作條件被破壞就會(huì)失效。例如，V帶傳動(dòng)是依靠帶和帶輪輪槽表面間的摩擦力工