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谈齿轮轮齿的失效形式、产生原因以及防止措施
西部大开发 中旬
谈齿轮轮齿的失效形式、产生原因以及防止措施
(陕西省水利技工学校。陕西泾阳 7 1 3 7 0 2)
摘要：齿轮在传动过程中，发生轮齿折断、齿面损坏等现象，从而失去其正常工作的能力，这种现象称为齿轮轮齿的失效。由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同，影响失效的原因很多。就其工作条件来说，有闭式和开式之分；就其使用情况来说，有低速、高速及轻载重载之分。此外，齿轮的材料性能、热处理工艺的不同，以及齿轮结构的尺寸大小和加工精度等级的差别，均会使齿轮传动出现多种不同的失效形式。齿轮的失效形式有很多种 .常见的失效形式有：齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、轮齿折断、轮齿塑性变形。
关键词：轮齿：性能；变形
中图分类号： T H1 3 2 . 4 1
文献标识码： A
文章编号： 1 0 0 9― 8 6 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 5― 0 0 9 4― 0 1
齿轮的齿圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸通常是根据经验进行结构设计确定的，它们的承载能力都比较充裕，实践中也极少发生失效。 因此，齿轮传动的失效形式主要是指轮齿的失效形式。轮齿的失效形式随着工作条件、材料性能及热处理工艺的不同而不同 .由此，笔者对于在正常工作条件下常见的失效形式进行了分析，并针对产生原因雨防治措施提出了针对性的见解。
升高 .粘度降低，容易从两齿面间接触处被挤出来，使工作齿面间的
润滑油膜破坏 2 .低速重载的齿轮传动中.由于 T作齿面之间压力很大，润滑油膜不易形成。齿面出现胶合后，将严重损坏齿面而导致齿轮不能正常工作。齿面胶合是闭式蜗杆传动中齿轮失效的主要形式。 为了防止或减轻齿面胶合的措施有：对于低速传动，选用黏度较大的润滑油；对于高速传动则可采用硫化润滑油，使其较牢固地吸附在齿面上而不易被挤掉。适当提高齿轮表面硬度，降低齿轮表面粗糙度.以及两齿轮选择不同材料等措施都可以减少齿面胶合的发生。
齿轮在传动过程中，轮齿不仅受到载荷的作用，而且接触的两
齿面间有相对滑动，使齿面发生磨损。齿面磨损的速度符合预定的设计期限，则视为正常磨损。正常磨损的齿面光亮，没有明显的痕迹， 在规定磨损量内 .并不影响齿轮的正常工作。但齿面磨损严重时，渐开线轮廓被破坏 .使齿侧间隙增大而引起传动不平稳 .产生冲击和噪音，甚至会因轮齿过薄发生轮齿折断。产生原因： 1 .齿轮在传动过程中，工作齿面间有相对滑动； 2 .齿面不干净，有金属微粒、尘埃、污物等进入轮齿啮合区域，引起磨料磨损； 3 .润滑不良。齿面磨损是润滑条件差的开式齿轮传动的主要失效形式。 防止措施：提高齿面硬度，减小齿面粗糙度，应尽可能采用润滑条件良好的闭式传动。
四、轮齿折断
齿轮在传递动力时。相当于一根悬臂梁，齿根部受到的弯矩应力最大.齿根过渡圆角处具有较大的应力集中。传递载荷时，轮齿根部所受的弯矩随着啮合点的改变而变化，在长时期交变载荷作用下， 齿根应力集中处会产生疲劳裂纹，随着载荷重复次数的增加，裂纹逐渐扩展，最终可能导致轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。此外， 用脆性较大的材料制成的齿轮，由于短时过载或受到过大的冲击载荷而引起的轮齿突然折断，称为过载折断。轮齿折断是开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动中轮齿失效的主要形式。轮齿折断常常是突然发生的 .不仅使机器不能正常工作，甚至会造成重大事故，因此应引起特别注意。 防止措施：
1、选择适当的模数和齿宽，保证轮齿的强度； 2、采用合适的材料和热处理方法； 3、增大齿根过渡圆角半径，减小表面粗糙度以及对齿根表面进行强化处理，都可以提高轮齿的抗折断能力。
二、齿面点蚀
轮齿在传递动力时，两工作齿面理论上是线接触，实际上因齿面的弹性变形而会形成很小的面接触。由于接触面积较小，所以产生很大的接触应力。传动过程中，齿面间的接触应力从零增加到最大值， 又从最大值降到零，当接触应力的循环次数超过某一限度时，工作齿面便会产生微小的疲劳裂纹。如果裂缝内渗入了润滑油。在相互啮合轮齿的挤压
下，渗入裂缝的润滑油受到封闭并且油压急剧升高，促使裂纹沿表面不断扩展 .最终导致齿面表层小片金属的剥落 .形成小坑，这种现象称为疲劳点蚀。点蚀多出现在靠近节线的齿根表面处， 会使轮齿工作表面损坏，严重的点蚀会造成传动不平衡和产生噪声， 轮齿啮合情况会逐渐恶化而报废。齿面点蚀多发生在滑润条件良好的闭式齿轮传动中。在开始齿轮传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展，即被磨掉，所以一般看不到点蚀现象。 防止措施：提高齿面硬度，减小齿面表面粗糙度，选用黏度大的润滑油均能有利于防止点蚀的发生。
五、轮齿塑性变形
在低速重载的工作条件下，齿轮的齿面需要承受很大的压力和摩擦力。当齿轮材料较软，齿面硬度不高时，齿轮表面表层金属可能沿相对滑动方向发生局部塑性流动 .致使齿面出现塑性变形。 主动轮齿所受的摩擦力沿齿面背离节线，指向齿顶和齿根，产生塑性变形，在节线处形成凹沟。 而从动轮齿所受的摩擦力沿齿面分别由齿顶和齿根指向节线， 产生塑性变形，在节线处形成凸棱。 轮齿塑性变形严重时 .在齿顶边缘处会出现飞边。齿面的塑性变形破坏了齿廓的形状，导致齿轮轮齿失效。 防止措施：提高齿面硬度和润滑油黏度 .尽量避免频繁启动或过
三、齿面胶合
胶合是比较严重的粘着磨损，在高速重载传动中时，因滑动速度高而产生的瞬时高温会使油膜破裂，造成齿面问的粘焊现象，粘焊处被撕脱后，轮齿表面沿滑动方向均成沟痕，这种胶合称为热胶合。 在低速重载传动中 .不易形成油膜 .摩擦热虽不大，但也可能因重载而出现冷粘着，这种胶合称为冷胶合。热胶合是高速、重载材料传动的主要失效形式。在高速重载的齿轮传动中，齿面润滑较为困难，当散热条件不良时，两齿轮啮合表面在重载作用下产生局部高温并黏结在一起。齿轮继续运动时，会从较软的齿面上撕下部分金属材料而出现撕裂沟痕，这种现象称为齿面胶合。
产生原因：
载.可防止或减轻齿面的塑性变形。 除了上述这些常见的失效形式外，如果传动工作时受到短时过载
(包括次数很少的尖峰载荷),则齿轮还会出现一些静强度破坏。在短时过载作用下，由于过高的弯曲应力的作用，对于塑性材料制成的齿轮，会引起齿轮的弯曲塑性变形：对于脆性材料(如铸铁)和小塑性材料 (如淬火后低温回火的钢 )制成的齿轮则会引起 1 0 2 P I D控制要好.具有良好的稳定性
总之，我们在齿轮的拆检过程当中，严格地按照工艺要求，采用
多种方法，来分析和判断齿轮的可用、需修以及更换。不但充分的利用机械，更要保证设备的维修质量。
1 .高速重载的闭式齿轮传动中，由于散热不好，导致润滑油油温
作者简介：瞿杰，现供职于陕西省水利技工学校，研究方向：职业教育。
第八节 齿轮轮齿的失效形式 一、齿面点蚀 1、产生原因及现象:脉动呕返慕哟...发生部位:靠近节线的齿根面处 3、发生场合:闭式传动 4、预防措施:提高齿面...齿轮轮齿的失效形式_法律资料_人文社科_专业资料。齿轮轮齿的失效形式失效形式 产生原因 发生部位与后果 预防措施 备注 脉动循环的接 靠近节线的齿根 选用合适...齿轮失效分析及预防措施_专业资料。讨论了齿轮轮齿失效的形式及原因,并基于失效原因的分析提出了一些应对措施。第2 2期 总第 16期 7200 8年“月 内蒙古科技与...电动轮自卸车轮边减速器齿轮常见失效形式和产生原因及预防措施(上)_机械/仪表... 谈齿轮轮齿的失效形式、... 暂无评价 1页 0.50 区分摆线针轮减速机与...浅析齿轮传动的失效形式及预防措施_专业资料。由于齿轮传动的工作条件和应用范围各不相同,因而影响失效的原因很多。具体阐述了齿轮传动不同的失效形式,并提出了预防...
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齿轮的失效形式有哪些
&&机械设计
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商家产品系列齿轮失效分析与解决方法；摘要通过对齿轮失效形式的分析，找出相应解决方法，；关键词失效；轮齿折断；齿面点蚀；齿面胶合；齿面磨；齿轮是现代机械中应用最广泛的重要基础零件之一；1轮齿折断；轮齿折断有多种形式，在正常情况下，有以下两种：1；2）疲劳折断；为了提高齿轮的抗折断能力，除设计时满足强度条件外；为避免轮齿折断，设计时要进行轮齿弯曲疲劳强度计算；在齿轮传动中，
齿轮失效分析与解决方法
摘要 通过对齿轮失效形式的分析，找出相应解决方法，提高机械传动齿轮质量,延长机械设备的使用寿命。分析研究失效形式有助于建立齿轮设计的准则，提出防止和减轻失效的措施。
关键词 失效；轮齿折断；齿面点蚀；齿面胶合；齿面磨损；齿面塑性变形
齿轮是现代机械中应用最广泛的重要基础零件之一。齿轮类型很多，有直齿轮、斜齿轮、人字齿等，齿面硬度有软齿面和硬齿面，齿轮转速有高有低，传动装置有开式装置和闭式装置，载荷有轻重之分，因此影响因素很多，所以实际应用中会出现各种不同的失效形式。齿轮的失效主要发生在轮齿部分，其常见失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形五种。
1 轮齿折断
轮齿折断有多种形式，在正常情况下，有以下两种：
1）过载折断。因短时过载或冲击载荷而产生的折断。过载折断的断口一般都在齿根部位。断口比较平直，并且具有很粗糙的特征。
2）疲劳折断。齿轮在工作过程中，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断轮齿。齿面较小的直齿轮常发生全齿折断，齿面较大的直齿轮，因制造装配误差易产生载荷偏置一端，导致局部折断；斜齿轮和人字齿齿轮，由于接触线倾斜，一般是局部齿折断。
为了提高齿轮的抗折断能力，除设计时满足强度条件外，还可采取下列措施：①采用高强度钢；②采用合适的热处理方式增强轮齿齿芯的韧性；③增大齿根过度圆角半径，消除齿根加工刀痕，齿根处强化处理；④加大齿轮模数；⑤采用正变位齿轮。
为避免轮齿折断，设计时要进行轮齿弯曲疲劳强度计算和静弯曲强度计算。
齿面磨损有磨粒磨损和跑合磨损两种。
在齿轮传动中，随着工作环境的不同，齿面间存在多种形式的磨损情况。当齿面间落入铁屑、砂粒、非金属物等磨粒性物质或粗糙齿面的摩擦时，都会发生磨粒磨损。齿面磨损后，引起齿廓变形，产生振动、冲击和噪声，磨损严重时，由于齿厚过薄而可能发生轮齿折断。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。
新的齿轮副，由于加工后表面具有一定的粗糙度，受载时实际上只有部分峰顶接触。接触处压强很高，因而在开始运转期间，磨损速度和磨损量都较大，磨损到一定程度后，摩擦面渐渐光洁，压强减小、磨损速度缓和，这种磨损成为跑合。人们有意的使新齿轮副在轻载下进行跑合，为随后的正常磨损创造条件。但应注意，跑合结束后，必须清洗和更换润滑油。
提高抗磨粒磨损能力的措施：①改善密封条件（采用闭式传动代替开式传动或加防护装置）；②提高齿面硬度；③改善润滑条件、在润滑油中加入减摩添加剂、保持润滑油的清洁。
3 齿面点蚀
由于齿面接触应力是按脉动循环变化的（其工作表面上任一点产生的接触应力系由零增加到一最大值），应力经多次反复后，轮齿表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐渐发展扩大导致轮齿表面出现疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果是使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑，这种现象就称为齿面疲劳点蚀。发生点蚀后，齿廓形状遭破坏，传动的平稳性受影响并产生振动与噪声，以至于齿轮不能正常工作而使传动失效。实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿面节线附近的齿根部分，这是因为节线附近齿面相对滑动速度小，油膜不宜形成，摩擦力较大，且节线处同时参与啮合的轮齿对数少，接触应力大。点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动的主要失效形式，在开式传动中，由于磨粒磨损比点蚀发展得快，因此不会出现点蚀。
提高齿轮的接触疲劳强度的措施：①提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；②合理选用润滑油粘度，采用黏度较高的润滑油（实践证明：润滑油黏度越低，越易渗入裂纹，点蚀扩展越快）；③减小动载荷；④采用正变位齿轮传动，增大综合曲率半径。
设计时为避免齿面点蚀，应进行齿面接触疲劳强度计算。
4 齿面胶合
胶合是比较严重的黏着磨损，一般发生在齿面相对滑动速度大的齿顶或齿根部位。互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，粘焊金属被撕脱后，齿面上沿滑动方向形成沟痕，这种现象称为胶合。胶合发生在高速重载齿轮传动中，使啮合点处瞬时温度过高，润滑失效， 致使相啮合两齿面金属尖峰直接接触并相互粘连在一起，造成热胶合；发生在重载低速齿轮传动中，不易形成油膜，或由于局部偏载使油膜破坏，会造成冷胶合。齿面一旦出现胶合，不但齿面温度升高，而且齿轮的振动和噪声也增大，导致失效。
提高抗齿面胶合的方法有：①减小模数，降低齿高，降低滑动系数；②加入极压添加剂的润滑油；③采用齿廓修形，提高传动平稳性；采用抗胶合能力强的齿轮材料；④提高齿面硬度和降低齿面粗糙度；⑤材料相同时，使大、小齿轮保持适当硬度差。 5 齿面塑性变形
塑性变形属于轮齿永久变形，是由于在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。当轮齿材料较软，载荷很大时，轮齿在啮合过程中，齿面油膜被破坏，摩擦力增大，而塑性流动方向和齿面所受摩擦力的方向一致，齿面表层的材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形。齿面塑性变形常发生在齿面材料较软、低速重载的传动中。常出现在低速重载、频繁启动和过载传动中。主动轮齿上所受摩擦力是背离节线分别朝向齿顶及齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面沿节线处变成凹槽。从动轮齿上所受的摩擦力方向则相反，塑性变形后，齿面沿节线处形成凸脊。 减轻或防止齿面塑性变形的方法有：①适当提高齿面硬度；②采用粘度高的润滑油。
对各种齿轮的失效形式及原因的分析和讨论，对提高机械传动齿轮质量，延长机械设备的使用寿命有非常重要的现实意义。
[1]邱宣怀,等.机械设计.高等教育出版社.
[2]吴克坚,于小红,钱瑞明.机械设计.高等教育出版社.
[3]杨可桢,等.机械设计基础.高等教育出版社.
三亿文库包含各类专业文献、文学作品欣赏、行业资料、应用写作文书、生活休闲娱乐、幼儿教育、小学教育、外语学习资料、齿轮常见失效形式及其解决方法03等内容。　
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