简述齿轮常见的失效形式及特点

一般来说，齿轮传动的失效主要发生在轮齿上。

轮齿部分的失效形式分为两大类：轮齿折断，齿面失效。

1. 轮齿折断折断失效通常有轮齿的弯曲疲劳折断、过载折断和随机折断。

•疲劳折断：工作时轮齿反复受载，使得齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展以至轮齿折断的失效。

疲劳裂纹多起源于齿根受拉的一侧。

•过载折断：齿轮受到突然过载，或经严重磨损后齿厚减薄时，轮齿会发生过载折断。

•随机折断：通常是指由于轮齿缺陷、点蚀或其它应力集中源在轮齿某部位形成过高应力集中而引起轮齿折断。

断裂部位随缺陷或过高有害残余应力的位置而定，与齿根圆角半径无关。

•轮齿折断的形式有整体折断和局部折断。

整体折断多发生于直齿轮，局部折断多发生于斜齿和人字齿轮，齿宽较大的直齿轮和由于安装、制造因素使得局部受载过大的直齿轮，也可能发生局部折断。

疲劳折断的断口较光滑，过载折断的断口则较粗糙。

•增大齿根过渡圆角半径，减小齿面粗糙度，对齿根进行喷丸或碾压强化处理消除该处的加工刀痕，选用韧性较好的材料，采用合理的变位等，均有助于提高轮齿的抗折断能力。

•通常，轮齿疲劳折断是闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式。

2. 齿面失效齿面失效常见的失效形式有：点蚀、胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。

(1) 点蚀齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。

若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象，齿轮传动中称为点蚀（图9.3-13）。

节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。

润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。

•点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀。

收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。

收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。

1.5 塑性变形齿⾯塑性变形主要出现在低速重载、频繁启动和过载的场合。

当齿⾯的⼯作应⼒超过材料的屈服极限时，齿⾯产⽣塑性流动，从⽽引起主动轮齿⾯节线处产⽣凹槽，从动轮出现凸脊。

此失效多发⽣在⾮硬⾯轮齿上，齿轮的齿形严重变形，特别是左右不对称时应更换新件。

上⾯阐述的⼏种主要轮齿失效形式，在⼀般情况下，不仅可以修复，且在不能改变齿轮材料、加⼯⼯艺的条件下通过提前预防来延迟齿轮失效不利情况的发⽣，提⾼齿轮使⽤寿命。

2、预防齿轮失效措施2.1 提⾼齿轮安装精度2.2 合理选材齿轮材料的选择，要根据强度、韧性和⼯艺性能要求，综合考虑。

结合我国实际，宜选⽤低碳合⾦渗碳钢。

对于承受重载和冲击载荷的齿轮，采⽤以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合⾦渗碳钢为主的钢材；对于负载⽐较稳定或功率较⼩，模数较⼩的齿轮，亦可选⽤⽆Ni的Ni-Mn钢。

⽤这种钢材制造的齿轮与普通电炉钢制造的齿轮相⽐，其接触和弯曲疲劳寿命可提⾼3-5倍，齿轮极限载荷可提⾼15%-20%。

2.3 热处理通过热处理⼯艺，可以改善齿轮材质，适当提⾼硬度，消除或减轻齿⾯的局部过载，提⾼齿⾯的抗剥落能⼒。

例，对煤矿机械中的齿轮，深层渗碳淬⽕，可减⼩齿轮硬化，提⾼芯部硬度，较⼩的过渡区残余拉应⼒和充⾜的硬化层深度。

2.4 根据实际情况选择齿轮油据资料显⽰，机械故障的34.4%源于润滑不⾜，19.6%源于润滑不当，换句话说，以54%的机械故障是由于润滑问题所致。

因此，选择好的齿轮油对提⾼齿轮使⽤寿命有重要的意义。

2.5 修复为了确保齿轮的强度和硬度，决定采⽤氩弧焊合⾦焊丝堆焊修复，后⽤磨光机整形处理⽅案，这样焊后的齿轮轮齿少不经热处理达到较⾼的硬度和强度。

通过对齿轮失效形式的分析，可提⾼准确判别设备故障的能⼒，及时解除故障，提⾼经济效益。

齿轮失效常见的形式
1.齿面点蚀
产生原因与现象：脉动循环的接触应力，超过接触应力时产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致金属剥落形成小坑（麻点）。

发生部位与场合：靠近节线的齿根面处，闭式传动。

2.齿面磨损
产生原因与现象：铁屑或者灰尘进入，啮合齿面的相对滑动摩擦而产生磨损，齿形变廋。

发生场合：开式传动。

3.齿面胶合
产生原因与现象：高速重载时散热不好，高速重载时，压力过大，使油膜破坏，低速重载时，不易形成油膜或者局部偏载，造成冷胶合；金属齿面金属直接接触粘接，较软齿面金属沿滑动方向撕下形成沟纹。

发生场合：低速、高速重载齿轮。

4.齿面塑形变形
产生原因与现象：较软齿面的齿轮在频繁启动和严重过载，齿面的工作应力超过材料的屈服极限时，齿轮油膜被破坏，齿面很大的压力和摩擦力的作用使齿轮金属局部塑形变形。

发生场合：较软齿面的齿轮频繁启动与严重过载。

5.轮齿折断
产生原因与现象：疲劳断裂、过载折断、随机折断;
疲劳折断:齿轮在工作过程中，齿根处产生的弯曲应力最大并且集中，当轮齿重复受载后，齿根圆角处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断轮齿。

过载折断：因短时过载或冲击过载而产生的折断。

发生场合：开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动。

发生后果：不能正常转动，甚至造成重大事故。

齿轮的失效形式齿轮传动是机械设备中最常见的传动方式，现代机械对齿轮传动的要求日益提高，即要求齿轮能在高速、重载、特殊介质等恶劣环境条件下工作，又要求齿轮装置具有较高的平稳性、高可靠性和结构紧凑等良好的工作性能，由此使得齿轮发生故障的因素越来越多，而齿轮异常又是诱发机器故障的重要因素。

因此，齿轮故障诊断技术的应用研究是非常重要的。

齿轮由于制造、操作、维护以及齿轮材料、热处理、运行状态等因素不同，产生异常的形式也不同，齿轮常见的故障形式有如下几种：1、齿的断裂齿的断裂分疲劳断裂和过负荷断裂。

疲劳断裂是齿轮重复受载后由于应力集中产生的。

当齿轮副进入啮合状态时，最危险的瞬间是接触点位于齿轮的顶部，此时在齿根部产生的弯曲应力为最大，存在较严重的应力集中，当载荷超过设计值，或者齿轮在周期性交变载荷作用下，经过一定的载荷循环后，齿的根部有可能产生裂纹。

齿轮继续工作，裂纹向根部纵深发展，当裂纹削弱的根部不能承受弯曲应力时，齿就发生断裂。

过负荷断裂是由于机械系统速度的急剧变化，轴系共振，轴承破损，轴的弯曲等原因，使齿轮产生不正常的一端接触，载荷集中到齿面的一端而引起的，其原因主要是由于装配不良，机器运转时存在其他故障问题。

齿的断裂是齿轮最严重的故障，常因此造成设备停机，或者引起机器其他零部件的故障。

2、齿的磨损磨损是指金属的整个齿面上连续不断地损耗，从而在齿面上产生金属的研磨状。

齿轮在啮合过程中，往往在轮齿接触表面上出现材料摩擦损伤的现象。

如果磨损量不影响齿轮在其寿命内应具备的功能的磨损，我们称之为正常磨损，其特征是齿面光滑，没有宏观擦伤，各项公差在允许范围内。

如果由于齿轮用材不当，或在接触面间存在硬质颗粒，以及润滑油供应不足或不清洁，往往以其齿轮的早期磨损，有微小的颗粒分离出来，接触表面发生尺寸变化，严重损失，并使齿形改变，齿厚边薄，甚至出现“刀片”状齿尖；啮合间隙增大；噪声增大；严重磨损的结果将导致齿轮失效。

开式齿轮传动的主要失效形式
1、齿面磨损：是开式齿轮传动中最常见的失效形式，由于轴系的滑动摩擦和因弯曲变形受力等原因，形成滚齿的磨损和磨削，引起齿面磨损及齿面宽度减小，从而使齿轮传动出现失效。

2、齿面裂纹：是开式齿轮传动中次要失效形式，由于在工作状态下对传动零件施加过大的压力，使轴系受力失效，从而产生齿面裂纹，损坏齿面精度，从而使齿轮传动出现失效。

3、齿接失效：是由于轴系受力不均衡，齿轮受力失焦，或由于材料缺陷、自然裂纹等原因，造成结构老化、剥落、开裂等，从而产生齿接失效的现象，使得齿轮传动出现失效。

4、齿轮非对称性：由于齿轮制作不精确，造成齿轮实质切面不形成一条直线，从而导致齿轮非对称性，影响传动精度，引起m齿轮传动失效。

5、构件变形：开式齿轮传动在使用过程中，由于滑动摩擦及各种力的作用，造成齿轮及轴系等构件受力，出现变形失效，从而导致齿轮传动出现失效。

6、轴系丢失：由于齿轮及轴系的不正常的负荷及冲击扭矩等原因，造成轴系因拆卸或损坏等原因，而使得齿轮传动出现丢失失效现象。