1、齒輪失效分析與解決方法摘要 通過對齒輪失效形式的分析，找出相應解決方法，提高機械傳動齒輪質量,延長機械設備的使用壽命。分析研究失效形式有助于建立齒輪設計的準則，提出防止和減輕失效的措施。關鍵詞 失效；輪齒折斷；齒面點蝕；齒面膠合；齒面磨損；齒面塑性變形齒輪是現代機械中應用最廣泛的重要基礎零件之一。齒輪類型很多，有直齒輪、斜齒輪、人字齒等，齒面硬度有軟齒面和硬齒面，齒輪轉速有高有低，傳動裝置有開式裝置和閉式裝置，載荷有輕重之分，因此影響因素很多，所以實際應用中會出現各種不同的失效形式。齒輪的失效主要發生在輪齒部分，其常見失效形式有：輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性變形五種。1 輪

2、齒折斷輪齒折斷有多種形式，在正常情況下，有以下兩種：1）過載折斷。因短時過載或沖擊載荷而產生的折斷。過載折斷的斷口一般都在齒根部位。斷口比較平直，并且具有很粗糙的特征。2）疲勞折斷。齒輪在工作過程中，齒根處產生的彎曲應力最大，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應力集中作用，當輪齒重復受載后，齒根處就會產生疲勞裂紋，并逐步擴展，致使輪齒疲勞折斷輪齒。齒面較小的直齒輪常發生全齒折斷，齒面較大的直齒輪，因制造裝配誤差易產生載荷偏置一端，導致局部折斷；斜齒輪和人字齒齒輪，由于接觸線傾斜，一般是局部齒折斷。為了提高齒輪的抗折斷能力，除設計時滿足強度條件外，還可采取下列措施：采用高強度鋼；采用

3、合適的熱處理方式增強輪齒齒芯的韌性；增大齒根過度圓角半徑，消除齒根加工刀痕，齒根處強化處理；加大齒輪模數；采用正變位齒輪。為避免輪齒折斷，設計時要進行輪齒彎曲疲勞強度計算和靜彎曲強度計算。齒面磨損有磨粒磨損和跑合磨損兩種。在齒輪傳動中，隨著工作環境的不同，齒面間存在多種形式的磨損情況。當齒面間落入鐵屑、 砂粒、 非金屬物等磨粒性物質或粗糙齒面的摩擦時，都會發生磨粒磨損。齒面磨損后，引起齒廓變形，產生振動、沖擊和噪聲，磨損嚴重時，由于齒厚過薄而可能發生輪齒折斷。磨粒磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。新的齒輪副，由于加工后表面具有一定的粗糙度，受載時實際上只有部分峰頂接觸。接觸處壓強很高，因而在開

4、始運轉期間，磨損速度和磨損量都較大，磨損到一定程度后，摩擦面漸漸光潔，壓強減小、磨損速度緩和，這種磨損成為跑合。人們有意的使新齒輪副在輕載下進行跑合，為隨后的正常磨損創造條件。但應注意，跑合結束后，必須清洗和更換潤滑油。提高抗磨粒磨損能力的措施：改善密封條件（采用閉式傳動代替開式傳動或加防護裝置）；提高齒面硬度；改善潤滑條件、在潤滑油中加入減摩添加劑、保持潤滑油的清潔。3 齒面點蝕由于齒面接觸應力是按脈動循環變化的（其工作表面上任一點產生的接觸應力系由零增加到一最大值），應力經多次反復后，輪齒表層下一定深度產生裂紋，裂紋逐漸發展擴大導致輪齒表面出現疲勞裂紋，疲勞裂紋擴展的結果是使齒面金屬脫落而

5、形成麻點狀凹坑，這種現象就稱為齒面疲勞點蝕。發生點蝕后，齒廓形狀遭破壞，傳動的平穩性受影響并產生振動與噪聲，以至于齒輪不能正常工作而使傳動失效。實踐表明，疲勞點蝕首先出現在齒面節線附近的齒根部分，這是因為節線附近齒面相對滑動速度小，油膜不宜形成，摩擦力較大，且節線處同時參與嚙合的輪齒對數少，接觸應力大。點蝕是潤滑良好的閉式齒輪傳動的主要失效形式，在開式傳動中，由于磨粒磨損比點蝕發展得快，因此不會出現點蝕。提高齒輪的接觸疲勞強度的措施：提高齒面硬度和降低齒面粗糙度；合理選用潤滑油粘度，采用黏度較高的潤滑油（實踐證明：潤滑油黏度越低，越易滲入裂紋，點蝕擴展越快）；減小動載荷；采用正變位齒輪傳動，增

6、大綜合曲率半徑。設計時為避免齒面點蝕，應進行齒面接觸疲勞強度計算。4 齒面膠合膠合是比較嚴重的黏著磨損，一般發生在齒面相對滑動速度大的齒頂或齒根部位。互相嚙合的輪齒齒面，在一定的溫度或壓力作用下，發生粘著，隨著齒面的相對運動，粘焊金屬被撕脫后，齒面上沿滑動方向形成溝痕，這種現象稱為膠合。膠合發生在高速重載齒輪傳動中，使嚙合點處瞬時溫度過高，潤滑失效，致使相嚙合兩齒面金屬尖峰直接接觸并相互粘連在一起，造成熱膠合；發生在重載低速齒輪傳動中，不易形成油膜，或由于局部偏載使油膜破壞，會造成冷膠合。齒面一旦出現膠合，不但齒面溫度升高，而且齒輪的振動和噪聲也增大，導致失效。提高抗齒面膠合的方法有：減小模數

7、，降低齒高，降低滑動系數；加入極壓添加劑的潤滑油；采用齒廓修形，提高傳動平穩性；采用抗膠合能力強的齒輪材料；提高齒面 硬度和降低齒面粗糙度；材料相同時，使大、小齒輪保持適當硬度差。5 齒面塑性變形塑性變形屬于輪齒永久變形，是由于在過大的應力作用下，輪齒材料處于屈服狀態而產生的齒面或齒體塑性流動所形成的。當輪齒材料較軟，載荷很大時，輪齒在嚙合過程中，齒面油膜被破壞，摩擦力增大，而塑性流動方向和齒面所受摩擦力的方向一致，齒面表層的材料就會沿著摩擦力的方向產生塑性變形。齒面塑性變形常發生在齒面材料較軟、低速重載的傳動中。常出現在低速重載、頻繁啟動和過載傳動中。主動輪齒上所受摩擦力是背離節線分別朝向齒頂及齒根作用的，故產生塑性變形后，齒面沿節線處變成凹槽。從動輪齒上所受的摩擦力方向則相反，塑性變形后，齒面沿節線處形成凸脊。減輕或防止齒面塑性變形的方法有：適當提高齒面硬度；采用粘度高的潤滑油。對各種齒輪的失效形式及原因的分析和討論，對提高機械傳動齒輪質量，延長機械設備的使用