齿轮的失效分析

　　齿轮的失效方式一般有轮齿折断与齿端崩角，齿面磨损，齿面点蚀与剥落和齿面塑性变形四种。

　　一、轮齿折断与齿端崩角

　　渐开线圆柱齿轮轮齿折断，一般发生在齿根部分，这是因为齿根部的回应最大，而且有较高的应力集中。折断有两种：一是轮齿因短时过载或冲击过载而引起的折断，另外是齿轮在多次重复的交变应力作用下引起的疲劳折断。这可用计算弯曲静强度和齿根弯曲疲劳强度来防止。

　　圆弧圆柱齿轮当模数过小时，齿根承受的狡辩循环应力超过材料的疲劳极限时，就会引起轮齿疲劳折断。段口成月牙形，位置大都发生在靠近齿端的地方。当重和度大于2时,对防止短齿较有利。圆弧齿轮理论上十点接触的集中载荷。当齿轮较大时，还因齿轮及轴的扭转-弯曲变形而加重了轮齿搭接过程中的冲击，齿端也容易发生崩角。采用大尺寸倒角，并对齿端锐角齿面进行修缮，这能有效地避免崩角损伤。

　　另外，淬火裂纹、磨削裂纹和严重磨损也会使齿发生折断，当然严重磨损也是磨损失效中主要的一部分。

　　提高轮齿抗折断嫩里的措施很多，如增大齿根圆角半径，消除该处的加工刀痕以减低齿根的应力集中;增大轴及支撑物的刚度以减轻局部的的程度;对轮齿进行喷丸、碾压等冷作处理以提高齿面硬度、保持芯部的韧性等。

　　二、齿面磨损

　　齿轮传动中如润滑不良，润滑油不洁、设计选材不当和操作不当均可造成磨损。磨损可分为粘着磨损、磨粒磨损、擦伤、腐蚀磨损和烧伤、齿面胶合。

　　(一)粘着磨损

　　润滑对粘着磨损影响很大，如润滑油层完整且有相当厚度就不会发生金属间的接触，也就不会发生磨损。在相同油膜温度和压力下，油的粘度高，有利于防止磨损发生，在低速、重载、极端温度、相对比较粗糙不规则的表面、供油不足和油的粘度太低的情况下，油膜可能被破坏而发生磨损。此时的磨损在除节圆的大部分轮齿面上发生。

　　在实际中采用提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、限制油温、增加油的粘度、选用加有抗交合添加剂的合成润滑油等方法，可以防止交合的产生。

　　(二)磨粒磨损与擦伤

　　当润滑剂不干净含有杂质颗粒或在敞开式的吃轮船顶中的外来磨粒，或者在摩擦过程中金属相互作用产生的磨屑，都可以产生磨粒磨损。严重的磨粒磨损会产生表面擦伤现象。此时齿根和齿尖磨损的最严重，然而节线区域保持原状，这是因为在节线处主要存在滚动方式的接触，只有很小的或者根本不存在的滑移作用。如果齿轮的对中好，且擦伤又不是由于齿面上孤立的微凸体引起的，那么擦伤会扩展到整个齿宽。

　　(三)腐蚀磨损

　　由于润滑剂中的一些物质，诸如水和酸等污染物与齿面的化学反应造成金属的腐蚀，这样就形成了腐蚀磨损。活性的极压添加剂也是造成腐蚀磨损的一个原因，特别是齿轮在重载时更是严重;过分过热，极压添加剂将加速腐蚀磨损;零件表面保留一层紧密的热处理造成的氧化物膜对抗腐蚀磨损有利，这种作用甚至在碱溶液洗涤剂去油处理后仍能保持。如果在稀磷酸溶液中进行去游处理，那么氧化物膜变为磷酸锰和磷酸铁镀层，则对抗腐蚀磨损更好。如齿轮在热处理后进行磨削或喷丸处理，则具有活性表面对锈蚀敏感，降低了抗腐蚀磨损性能。

　　(四)烧伤

　　尽管烧伤本身不是一种磨损形式，但它是由于磨损造成而反过来造成严重的磨损失效和表面变质。烧伤是由于过载、超速或不充分的润滑引起的过分摩擦所产生的局部过热到高温，这种高温足以引起变色和过时效，或使钢的几微米厚表面层重新淬火，出现白层。烧伤还对疲劳性能有不利影响，损伤的表面容易产生疲劳裂纹。

　　(五)齿面胶合

　　大功率软齿面齿轮传动，当润滑条件不良造成齿面强烈摩擦时，易产生齿面胶合破坏。破坏较轻时，在吃面形成沿滑动方向的擦伤沟痕，破坏严重时，由于局部高温，形成齿面熔焊粘附现象。

　　为了防止胶合作用，应适当提高齿面硬度和光洁度，大小齿轮采用不同钢种，低速传动采用粘度大的润滑油(或润滑脂)，高速传动时，设法降低油温，并采用活化性润滑油(如硫化油及加有其他化学添加剂的抗胶合润滑油)，设计上采取措施提高制造精度和装配质量。

　　齿轮磨损到一定程度会产生噪音和振动，严重磨损则不能正常工作，甚至使轮齿折断。

　　总之，正确选用润滑油和润滑方式使得轮齿啮合区得到充分润滑;合理选择选择润滑油添加剂，主要润滑油的清洁和更换，以改善润滑条件;适当提高齿面硬度和光洁度;以及采用合适的正变位齿轮传动，以降低齿面滑动率和比压等，均有利于减轻吃面的磨损。为了解决在恶劣环境工作中的齿轮的严重磨粒磨损，可采用闭式结构。

　　三、齿面点蚀

　　轮齿进入啮合时，齿面接触产生很大的接触应力，脱离啮合后接触应力即消失。对齿廓工作面上某一固定点来说，它收到的是近似于脉动变化的接触应力。如果接触应力超过了轮齿材料的接触疲劳极限时，齿面上产生裂纹，裂纹扩展至使表层金属微粒剥落，形成小麻点，这种现象称为齿面点蚀。实践表明，由于齿轮在节线附近啮合时，同时啮合的齿对数少，且轮齿间相对传动中，润滑油膜不易形成，所以点蚀首先出现在界限的齿根面上。一般闭式传动中的软齿面较易发生点蚀失效，设计时应保证吃面有足够的接触强度。为防止过早出现点蚀，可采用提高齿面硬度、降低表面粗糙度值、增加润滑油粘度等措施。而对于开始齿轮传动，由于磨损严重，一般不出现点蚀。

　　四、齿面塑性变形

　　软齿面齿轮传递载荷过大(或在大冲击载荷下)时，易产生齿面塑性变形。在齿面间过大的摩擦力作用下，吃面接触应力会超过材料抗剪屈服强度极限，齿面进入塑性状态，造成齿面金属塑性流动，从而破坏了正确的齿形。有时可在某些类型的齿轮的从动齿面形成“飞，边”。设计中如对冲击性尖峰在和考虑不足，在工作中会出现显著“飞边”。严重时挤出金属充满引起剧烈振动，甚至大声断裂。

　　尽管齿面塑性变形比较普遍地发生在软的韧性金属的齿面上，但是塑性变形失效也可发生在完全淬硬的和表面淬火的而齿轮表面。这是被加载超过接触区域金属的屈服应力的结果。

　　齿轮齿的塑性有三种主要类型：碾压与锤击变形、起波纹和脊状延伸。

　　为防止齿面的塑性变形，可采用提高齿面硬度、选用粘度较高的润滑油等方法。

来源：互联网

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