分析齒輪的五種失效形式

    一、齒的折斷輪齒的折斷

    一般發(fā)生在齒根部分，因?yàn)辇X根的彎曲應(yīng)力最大，而且是應(yīng)力集中之源。輪齒的折斷由三種情況：過(guò)載折斷、疲勞折斷、局部折斷。為了防止輪齒發(fā)生折斷，一方面可以采取工藝措施，例如在齒根部的圓角不易過(guò)小、提高齒面加工精度，以降低應(yīng)力集中、 從而消除產(chǎn)生疲勞裂紋之源。另一方面在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)通過(guò)限制輪齒根部的彎曲應(yīng)力，使其小于材料的許用應(yīng)力的強(qiáng)度準(zhǔn)則，對(duì)輪齒進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算或核驗(yàn)。

    二、齒面點(diǎn)蝕

    齒面點(diǎn)蝕（也稱接觸疲勞）是潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中軟齒面（表面硬度 HB<350）常見(jiàn)的損壞形式。點(diǎn)蝕一般發(fā)生在靠近齒面節(jié)線的齒根表面上。實(shí)踐證明，新齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期以后，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕的痕跡。但如果繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去，點(diǎn)蝕不再繼續(xù)發(fā)展，甚至反而消失。這種點(diǎn)蝕一般稱為初始點(diǎn)蝕 （也稱為收斂性點(diǎn)蝕或停留性點(diǎn)蝕） .初始點(diǎn)蝕通常發(fā)生在軟齒面上，發(fā)生這種點(diǎn)蝕的原因是由于工作初期，齒面偏離漸開(kāi)線曲面較大，在若干個(gè)微凸起處產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力而引起的。當(dāng)齒面經(jīng)過(guò)一段時(shí)間跑合后，微凸起處逐漸變平，從而擴(kuò)大了接觸區(qū)。又由于磨損、碾壓等原因使其表面接觸趨于良好，高峰接觸應(yīng)力隨之降低，因而促使點(diǎn)蝕停止發(fā)展。對(duì)于中、低速齒輪傳動(dòng)，此種齒輪仍可繼續(xù)工作。硬齒面（HB>350）上一般不發(fā)生初始點(diǎn)蝕。這是因?yàn)椋?dāng)齒面出現(xiàn)小凹坑以后，由于材料的脆性，凹坑的邊緣不會(huì)被碾平，而要繼續(xù)碎裂下去，一直到齒面完全損壞為止。這種點(diǎn)蝕一般稱為擴(kuò)展性點(diǎn)蝕。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的擴(kuò)展性點(diǎn)蝕后，齒輪除發(fā)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和噪音外，并可能出現(xiàn)齒的折斷。當(dāng)齒輪的熱處理工藝不符合要求時(shí)，硬齒面齒輪沿硬化層和心部的交界層處，齒面有時(shí)會(huì)成片剝落，被稱為片蝕。在開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中，齒面的點(diǎn)蝕還來(lái)不及出現(xiàn)或擴(kuò)展就被磨去。因此，在開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中，一般不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕損壞現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，提高齒面的硬度和光潔度，盡可能采用大變位系數(shù)，借以改善輪齒齒面的抗點(diǎn)蝕性能，以及采用粘度大的潤(rùn)滑油等措施，都有助于防止齒面發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕。在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)通過(guò)限制齒面的接觸應(yīng)力，使其小于材料的許用應(yīng)力的強(qiáng)度準(zhǔn)則，對(duì)齒面進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算或校核。

    三、齒面磨損

    導(dǎo)致齒面磨損的原因有：在開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中，由于齒輪外露，因而金屬微粒、污物、灰塵等易于進(jìn)入齒的工作表面間， 而引起磨粒磨損。 在閉式傳動(dòng)中，輪齒間的嚙合，在齒面間除滾動(dòng)外還有相對(duì)滑動(dòng)， 從而發(fā)生摩擦， 使齒面磨損。如齒輪潤(rùn)滑良好，齒面光潔度比較高，則有助于減緩齒面的磨損。齒面發(fā)生嚴(yán)重磨損后，將是正常的漸開(kāi)線曲面齒廓變形，齒側(cè)間隙增大，齒厚減薄，并將引起沖擊和震動(dòng)，使用壽命下降。通常，當(dāng)齒輪齒面磨損而使齒面精度下降一級(jí)，此齒輪即告失效。

四、齒面的膠合

    齒面的膠合損壞多出現(xiàn)在高壓（重載）、潤(rùn)滑不良；或高壓、低速不能形成油膜的狀況下，是相互滑動(dòng)的金屬表面發(fā)生直接接觸， 局部金屬粘合在一起，較軟的齒面就會(huì)被較硬的齒面一塊塊的撕下，形成很粗糙的表面。齒面發(fā)生膠合后，將加速齒面的磨損，使齒輪傳動(dòng)趨于失效。此外，在高壓、大滑動(dòng)速度下，易使金屬表面局部溫度急劇升高，而潤(rùn)滑油的粘度因此顯著下降，齒面間的油膜破裂，也會(huì)發(fā)生齒面膠合。齒面膠合損壞也可分為初始膠合及擴(kuò)展性膠合兩種：（1）初始膠合：當(dāng)齒面跑合或者建立了充分的潤(rùn)滑條件后，齒面膠合就不再發(fā)展，原來(lái)已經(jīng)出現(xiàn)的輕微的膠合線還可能被磨掉。 （2）擴(kuò)展性膠合：它的特點(diǎn)是齒面布滿膠合線， 甚至?xí)B成一片， 齒面會(huì)嚴(yán)重變態(tài)。在此情況下，齒面精度下降，震動(dòng)及噪音增大，齒面溫度急劇上升，傳動(dòng)的摩擦功耗顯著增大。防止齒面膠合的方法是：控制齒輪傳動(dòng)的溫升，在低速時(shí)采用高粘度潤(rùn)滑油，在中、高速或低速重載時(shí)，采用具有抗膠合添加劑的潤(rùn)滑油。

    五、齒面的塑性變形

    綜上分析，齒輪傳動(dòng)的幾種失效形式可以得出，輪齒的每一種損壞形式的出現(xiàn)并不是孤立的。通過(guò)以上對(duì)齒輪輪齒的失效形式的分析，我們加深了齒輪傳動(dòng)知識(shí)的的學(xué)習(xí)，掌握了有關(guān)齒輪失效的幾種形式及其解決辦法。這時(shí)我們?cè)偻ㄟ^(guò)下面學(xué)習(xí)、掌握齒輪完好標(biāo)準(zhǔn)的要求、進(jìn)行檢測(cè)齒輪傳動(dòng)嚙合接觸斑點(diǎn)及間隙問(wèn)題時(shí)，就會(huì)準(zhǔn)確明了、掌握實(shí)習(xí)操作的主動(dòng)權(quán)。通過(guò)教導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)齒輪傳動(dòng)知識(shí)、明確標(biāo)準(zhǔn)要求，以及實(shí)際操作方法和要求。再經(jīng)過(guò)教師的規(guī)范性指導(dǎo)，并隨之指正不足之處，同時(shí)要求學(xué)生在實(shí)習(xí)工作中時(shí)刻注意安全事項(xiàng)。只有這樣再通過(guò)學(xué)生的不懈努力，積極進(jìn)行技能訓(xùn)練， 才能在齒輪減速箱課題考核中，以及技能鑒定中取得優(yōu)異的成績(jī)。