齒輪輪齒的失效形式

關(guān)于齒輪輪齒的失效形式第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四失效的定義：

齒輪在傳動過程中，發(fā)生輪齒折斷、齒面磨損等現(xiàn)象，從而失去其正常工作的能力，這種現(xiàn)象稱為齒輪輪齒的失效形式。第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四齒輪輪齒失效的原因：

由于齒輪的工作條件和應(yīng)用范圍各不相同，影響失效的原因很多。

1、就其工作條件來說，有閉式、開式之分；

2、就其使用情況來說，有低速、高速及輕載和重載之分。

3、齒輪的材料性能、熱處理工藝的不同，以及齒輪結(jié)構(gòu)的尺寸大小和加工精度等級的差別，均會使齒輪傳動出現(xiàn)多種不同的失效形式。第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四常見的輪齒失效形式有五種：

一、齒面點(diǎn)蝕

輪齒工作時，當(dāng)齒面接觸應(yīng)力超過材料的接觸疲勞極限時，在載荷的多次重復(fù)作用下，齒面的表層會產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋。如果裂縫內(nèi)滲入了潤滑油，在另一齒輪的擠壓下，封閉在裂縫內(nèi)的油壓會急劇升高，加速裂紋的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致表面上小金屬的剝落，形成小坑。這種現(xiàn)象稱為疲勞點(diǎn)蝕（簡稱點(diǎn)蝕）。第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

實踐表明，點(diǎn)蝕多發(fā)生在靠近節(jié)線的齒根表面處，如圖1所示：圖1齒面點(diǎn)蝕第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四出現(xiàn)點(diǎn)蝕的場合：

齒面點(diǎn)蝕是在潤滑良好的閉式齒輪傳動中輪齒失效的主要形式之一。在開式齒輪傳動中，由于齒輪磨損較快，點(diǎn)蝕還來不及出現(xiàn)或擴(kuò)展，即被磨掉，所以一般看不到點(diǎn)蝕現(xiàn)象。第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四出現(xiàn)點(diǎn)蝕的后果：

點(diǎn)蝕使輪齒工作表面損壞，造成傳動不平穩(wěn)和產(chǎn)生噪音，輪齒嚙合情況會逐漸惡化而報廢。防止點(diǎn)蝕發(fā)生的方法：齒面抗點(diǎn)蝕的能力主要與齒面硬度有關(guān)，提高齒面硬度、減小齒面的表面粗糙度值和增大潤滑油的黏度有利于防止點(diǎn)蝕。第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四二、齒面磨損

齒輪在傳動過程中，輪齒不僅受到載荷的作用，而且接觸的兩齒面間有相對滑動，使齒面發(fā)生磨損，如圖2。

圖2齒面磨損第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

齒面磨損的速度符合預(yù)定的設(shè)計期限，則視為正常磨損。正常磨損的表面很光亮，沒有明顯的痕跡，在規(guī)定的磨損量內(nèi)，并不影響齒輪的正常工作。但齒面磨損嚴(yán)重時，漸開線齒廓被損壞，使齒側(cè)間隙增大而引起傳動不平穩(wěn)，產(chǎn)生沖擊和噪聲，甚至?xí)螨X厚過度磨薄發(fā)生輪齒折斷。第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四產(chǎn)生齒面磨損的主要原因：1、齒輪在傳動過程中，工作齒面間有相對滑動。2、齒面不干凈，有金屬微粒、塵埃、污物等進(jìn)入輪齒嚙合區(qū)域，引起磨料性磨損。3、潤滑不好。

齒面磨損是潤滑條件不好、易受灰塵及有害物質(zhì)侵襲的開式齒輪傳動的主要失效形式之一。第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四減少齒面磨損的措施：1、盡可能采用潤滑條件良好的閉式傳動。2、同時提高齒面硬度3、減小齒輪表面粗糙度值第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四三、齒面膠合

定義：在重載傳動中，齒輪副兩齒輪工作齒面發(fā)生金屬表面直接接觸而形成“焊接”的現(xiàn)象，稱為齒面膠合。產(chǎn)生原因：（1）高速重載的閉式齒輪傳動中，由于散熱不好，導(dǎo)致潤滑油油溫升高，黏度降低，易于從兩齒面接觸處被擠出來，使工作齒面間的潤滑油膜破壞。（2）低速重載的齒輪傳動中，由于工作齒面之間壓力很大，潤滑油膜不易形成。第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

傳動中，由于靠近節(jié)線的齒頂表面處相對速度大，因此膠合常發(fā)生在該部位。

圖3齒面膠合第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四防止膠合產(chǎn)生的方法：（1）對于低速傳動，可采用黏度大的潤滑油。（2）對于高速傳動，則可采用硫化潤滑油，使其較牢固地吸附在齒面上而不易被擠掉。（3）提高齒面的硬度和減小齒輪表面的粗糙度，以及兩齒輪選擇不同材料均可減少膠合的發(fā)生。第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四四、輪齒折斷

齒輪輪齒在傳遞動力時，相當(dāng)于一根懸臂梁。在齒根處受到的彎曲應(yīng)力最大，且在齒根的過渡圓角處具有較大的應(yīng)力集中，傳遞載荷時，輪齒在交變載荷的不斷作用下，在輪齒根部的應(yīng)力集中便會產(chǎn)生疲勞裂紋。隨著重復(fù)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)展，直至輪齒折斷。這種折斷稱為“疲勞折斷”。如圖4。此外，用脆性較大的材料（如鑄鐵、淬火鋼等）制成的齒輪，由于材料在受到短時過載或過大的沖擊載荷時，常會引起輪齒的突然折斷。這種折斷稱為“過載折斷”。第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

圖4第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四防止輪齒折斷的措施：（1）選擇適當(dāng)?shù)哪?shù)和齒寬，保證齒輪的強(qiáng)度。（2）采用合適的材料和熱處理方法。（3）減小齒根處的應(yīng)力集中，齒根圓角不宜過??；輪齒表面粗糙度值要??；使齒根危險截面處的最大彎曲應(yīng)力值不超過材料的許用應(yīng)力值。第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四五、齒面塑性變形

若齒輪材質(zhì)較軟，輪齒表面硬度不高，當(dāng)工作于低速重載和頻繁啟動情況下，在較大的載荷和摩擦力的作用下，可能使齒面表層金屬沿相對滑動方向發(fā)生局部的塑性流動，出現(xiàn)齒面塑性變形。主動輪1上所受的摩擦力背離節(jié)線指向齒頂和齒根，產(chǎn)生塑性變形時在齒面沿節(jié)線處形成凹溝；從動輪上所受摩擦力則分別由齒頂和齒根指向節(jié)線產(chǎn)生塑性變形時在齒面沿節(jié)線處形成凸棱。如圖5所示。塑性變形嚴(yán)重時，在齒頂邊緣處會出現(xiàn)飛邊（主動輪上更容易出現(xiàn)）第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

圖5

齒面的塑性變形破壞了齒廓的形狀，導(dǎo)致齒輪輪齒失效。提高齒面硬度和采用黏度較高的潤滑油，有利于防止或減輕齒面的塑性變形。第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

小結(jié)：