谈齿轮轮齿的失效形式、产生原因以及防止措施

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

齿轮的齿圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸通常是根据经验进行结构设计确定的 ，它们的承载能力都比较充裕 ，实践 中也极少发生失效 。

因此，齿轮传动的失效形式主要是指轮齿的失效形式。轮齿的失效形式随着工作条件、材料性能及热处理工艺的不同而不同.由此 ，笔者对于在正常工作条件下常见的失效形式进行了分析 ，并针对产生原因雨防治措施提出了针对性的见解。

-、齿面磨损齿轮在传动过程中，轮齿不仅受到载荷的作用，而且接触的两齿面间有相对滑动 ，使齿面发生磨损。齿面磨损 的速度符合预定的设计期 限，则视为正常磨损 。正常磨损的齿面光亮 ，没有明显的痕迹 ，在规定磨损量内.并不影响齿轮的正常工作 。但齿面磨损严重时 ，渐开线轮廓被破坏.使齿侧间隙增大而引起传动不平稳.产生冲击和噪音 ，甚至会因轮齿过薄发生轮齿折断。产生原因：1.齿轮在传动过程中，工作齿面间有相对滑动；2.齿面不干净，有金属微粒、尘埃、污物等进入轮齿啮合区域，引起磨料磨损；3.润滑不良。齿面磨损是润滑条件差的开式齿轮传动的主要失效形式。

防止措施：提高齿面硬度 ，减小齿面粗糙度 ，应旧能采用润滑条件良好的闭式传动。

二、齿面点蚀轮齿在传递动力时，两工作齿面理论上是线接触，实际上因齿面的弹性变形而会形成很小的面接触。由于接触面积较小，所以产生很大的接触应力。传动过程中 ，齿面间的接触应力从零增加到最大值，又从最大值降到零，当接触应力的循环次数超过某-限度时，工作齿面便会产生微小的疲劳裂纹。如果裂缝内渗入了润滑油 。在相互啮合轮齿的挤压下，渗入裂缝的润滑油受到封闭并且油压急剧升高，促使裂纹沿表面不断扩展 .最终导致齿面表层小片金属的剥落.形成小坑，这种现象称为疲劳点蚀。点蚀多出现在靠近节线的齿根表面处 ，会使轮齿工作表面损坏 ，严重的点蚀会造成传动不平衡和产生噪声 ，轮齿啮合情况会逐渐恶化而报废。齿面点蚀多发生在滑润条件 良好的闭式齿轮传动中。在开始齿轮传动中，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-般看不到点蚀现象。

防止措施 ：提高齿面硬度 ，减小齿面表面粗糙度 ，选用黏度大的润滑油均能有利于防止点蚀的发生。

三、齿面胶合胶合是比较严重的粘着磨损，在高速重载传动中时，因滑动速度高而产生的瞬时高温会使油膜破裂，造成齿面问的粘焊现象，粘焊处被撕脱后，轮齿表面沿滑动方向均成沟痕，这种胶合称为热胶合。

在低速重载传动中.不易形成油膜.摩擦热虽不大，但也可能因重载而出现冷粘着，这种胶合称为冷胶合。热胶合是高速、重载材料传动的主要失效形式。在高速重载的齿轮传动中，齿面润滑较为困难 ，当散热条件不良时，两齿轮啮合表面在重载作用下产生局部高温并黏结在-起。齿轮继续运动时，会从较软的齿面上撕下部分金属材料而出现撕裂沟痕，这种现象称为齿面胶合。

产生原因：1.高速重载的闭式齿轮传动中，由于散热不好，导致润滑油油温升高.粘度降低，容易从两齿面间接触处被挤出来，使工作齿面间的润滑油膜破坏2.低速重载的齿轮传动 中.由于 T作齿面之间压力很大 ，润滑油膜不易形成。齿面出现胶合后 ，将严重损坏齿面而导致齿轮不能正常工作。齿面胶合是闭式蜗杆传动中齿轮失效的主要形式。

为了防止或减轻齿面胶合的措施有 ：对于低速传动，选用黏度较大的润滑油 ；对于高速传动则可采用硫化润滑油 ，使其较牢固地吸附在齿面上而不易被挤掉。适当提高齿轮表面硬度 ，降低齿轮表面粗糙度.以及两齿轮选择不同材料等措施都可以减少齿面胶合的发生。

四、轮齿折断齿轮在传递动力时。相当于-根悬臂梁 ，齿根部受到的弯矩应力最大.齿根过渡圆角处具有较大的应力集中。传递载荷时，轮齿根部所受的弯矩随着啮合点的改变而变化，在长时期交变载荷作用下，齿根应力集中处会产生疲劳裂纹 ，随着载荷重复次数 的增加 ，裂纹逐渐扩展 ，最终可能导致轮齿折断 ，这种折断称为疲劳折断。此外 ，用脆性较大的材料制成的齿轮 ，由于短时过载或受到过大的冲击载荷而引起的轮齿突然折断 ，称为过载折断。轮齿折断是开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动中轮齿失效的主要形式。轮齿折断常常是突然发生的.不仅使机器不能正常工作 ，甚至会造成重大事故 ，因此应引起特别注意。

防止措施 ：1、选择适 当的模数和齿宽 ，保证轮齿的强度；2、采用合适 的材料和热处理方法 ；3、增大齿根过渡圆角半径 ，减小表面粗糙度 以及对齿根表面进行强化处理 ，都可以提高轮齿的抗折断能力 。

五、轮齿塑性变形在低速重载的工作条件下 ，齿轮的齿面需要承受很大的压 力和摩擦力。当齿轮材料较软 ，齿面硬度不高时，齿轮表面表层金属可能沿相对滑动方 向发生局部塑性流动.致使齿面出现塑性变形。

主动轮齿所受的摩擦力沿齿面背离节线，指向齿顶和齿根 ，产生塑性变形 ，在节线处形成凹沟。

而从动轮齿所受的摩擦力沿齿面分别 由齿顶和齿根指向节线 ，产生塑性变形 ，在节线处形成凸棱 。

轮齿塑性变形严重时 .在齿顶边缘处会 出现飞边 。齿面的塑性变形破坏了齿廓的形状，导致齿轮轮齿失效。

防止措施：提高齿面硬度和润滑油黏度.尽量避免频繁启动或过载.可防止或减轻齿面的塑性变形。

除了上述这些常见的失效形式外，如果传动工作时受到短时过载(包括次数很少的尖峰载荷)，则齿轮还会出现-些静强度破坏。在短时过载作用下，由于过高的弯曲应力的作用，对于塑性材料制成的齿轮，会引起齿轮的弯曲塑性变形：对于脆性材料(如铸铁)和小塑性材料(如淬火后低温 回火的钢)制成的齿轮则会 引起 102PID控制要好.具有 良好的稳定性总之，我们在齿轮的拆检过程当中，严格地按照工艺要求 ，采用多种方法，来分析和判断齿轮的可用、需修以及更换 。不但充分的利用机械，更要保证设备的维修质量。

作者简介：瞿杰，现供职于陕西省水利技工学校 ，研 究方向：职业教育。