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(yīng)解決方法，提高機(jī)械傳動齒輪質(zhì)量,延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命。分析研究失效形式有助于建立齒輪設(shè)計的準(zhǔn)則，提出防止和減輕失效的措施。關(guān)鍵詞 失效；輪齒折斷；齒面點(diǎn)蝕；齒面膠合；齒面磨損；齒面塑性變形齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的重要基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(yīng)用中會出現(xiàn)各種不同的失效形式。齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒部分，其常見失效形式有：輪齒折斷、齒面點(diǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的彎曲應(yīng)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(yīng)力集中作用，當(dāng)輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使輪齒疲勞折斷輪齒。齒面較小的直齒輪常發(fā)生全齒折斷，齒面較大的直齒輪，因制造裝配誤差易產(chǎn)生載荷偏置一端，導(dǎo)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(shè)計時滿足強(qiáng)度條件外，還可采取下列措施：采用高強(qiáng)度鋼；采用

3、合適的熱處理方式增強(qiáng)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(qiáng)化處理；加大齒輪模數(shù)；采用正變位齒輪。為避免輪齒折斷，設(shè)計時要進(jìn)行輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計算和靜彎曲強(qiáng)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(huán)境的不同，齒面間存在多種形式的磨損情況。當(dāng)齒面間落入鐵屑、 砂粒、 非金屬物等磨粒性物質(zhì)或粗糙齒面的摩擦?xí)r，都會發(fā)生磨粒磨損。齒面磨損后，引起齒廓變形，產(chǎn)生振動、沖擊和噪聲，磨損嚴(yán)重時，由于齒厚過薄而可能發(fā)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(qiáng)很高，因而在開

4、始運(yùn)轉(zhuǎn)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(qiáng)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(jìn)行跑合，為隨后的正常磨損創(chuàng)造條件。但應(yīng)注意，跑合結(jié)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(hù)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(diǎn)蝕由于齒面接觸應(yīng)力是按脈動循環(huán)變化的（其工作表面上任一點(diǎn)產(chǎn)生的接觸應(yīng)力系由零增加到一最大值），應(yīng)力經(jīng)多次反復(fù)后，輪齒表層下一定深度產(chǎn)生裂紋，裂紋逐漸發(fā)展擴(kuò)大導(dǎo)致輪齒表面出現(xiàn)疲勞裂紋，疲勞裂紋擴(kuò)展的結(jié)果是使齒面金屬脫落而

5、形成麻點(diǎn)狀凹坑，這種現(xiàn)象就稱為齒面疲勞點(diǎn)蝕。發(fā)生點(diǎn)蝕后，齒廓形狀遭破壞，傳動的平穩(wěn)性受影響并產(chǎn)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(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在齒面節(jié)線附近的齒根部分，這是因為節(jié)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(jié)線處同時參與嚙合的輪齒對數(shù)少，接觸應(yīng)力大。點(diǎn)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(diǎn)蝕發(fā)展得快，因此不會出現(xiàn)點(diǎn)蝕。提高齒輪的接觸疲勞強(qiáng)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(diǎn)蝕擴(kuò)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(shè)計時為避免齒面點(diǎn)蝕，應(yīng)進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算。4 齒面膠合膠合是比較嚴(yán)重的黏著磨損，一般發(fā)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(fā)生粘著，隨著齒面的相對運(yùn)動，粘焊金屬被撕脫后，齒面上沿滑動方向形成溝痕，這種現(xiàn)象稱為膠合。膠合發(fā)生在高速重載齒輪傳動中，使嚙合點(diǎn)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(fā)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(xiàn)膠合，不但齒面溫度升高，而且齒輪的振動和噪聲也增大，導(dǎo)致失效。提高抗齒面膠合的方法有：減小模數(shù)

7、，降低齒高，降低滑動系數(shù)；加入極壓添加劑的潤滑油；采用齒廓修形，提高傳動平穩(wěn)性；采用抗膠合能力強(qiáng)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(dāng)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(yīng)力作用下，輪齒材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動所形成的。當(dāng)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(chǎn)生塑性變形。齒面塑性變形常發(fā)生在齒面材料較軟、低速重載的傳動中。常出現(xiàn)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(jié)線分別朝向齒頂及齒根作用的，故產(chǎn)生塑性變形后，齒面沿節(jié)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(jié)線處形成凸脊。減輕或防止齒面塑性變形的方法有：適當(dāng)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(jī)械傳動齒輪質(zhì)量，延長機(jī)械設(shè)備的使用