章节名称 齿轮传动的失效形式和材料 授课形式 讲授 课时 1 班级 06机电1、2
教学目的 １．知道齿轮失效形式和预防措施
２．了解齿轮的常用材料及热处理方法
教学重点 １．知道齿轮失效形式
２．了解齿轮的常用材料及热处理方法
教学难点 齿轮的常用材料及热处理方法
辅助手段 模型 课外作业
课后体会
一、齿轮传动的失效形式
齿轮传动过程中，在载荷的作用下，如果轮齿发生折断，齿面损坏等现象，则轮齿就失去了正常的工作能力，称为失效。
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，主要都发生在轮齿上，常见的轮齿失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。
失效形式
比较项目
轮齿折断
齿面点蚀
齿面胶合
齿面磨损
齿面塑性变形
引起原因 1、 短时意外的严重过载
2、 超过弯曲疲劳极限 很小的面接触、循环变化、齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹、微粒剥落下来而形成麻点 高速重载、啮合区温度升高引起润滑失效，齿面金属直接接触并相互粘连，较软的齿面被撕下而形成沟纹 触表面间有较大的相对滑对，产生滑动摩擦 低速重载、齿面压力过大
部位 齿根部分 靠近节线的齿根表面 轮齿接触表面 轮齿接触表面 轮齿
避免措施 选择适当的模数和齿宽，采用合适的材料及热处理方法，降低表面粗糙度，降低齿根弯曲应力。 提高齿面硬度 提高齿面硬度，降低表面粗糙度，采用粘度大和抗胶合性能好的润滑油 提高齿面硬度，降低表面粗糙度，改善润滑条件，加大模数，尽可能用闭式齿轮传动结构代替开式齿轮传动结构 减小载荷，减少启动频率
二、齿轮的常用材料及热处理
１．齿轮常用材料
常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等，一般多采用锻件或轧制钢材，当齿轮较大(d＞400～600mm)而轮坯不易制造时，•可采用铸钢，开式低速传动可采用灰铸铁，球墨铸铁有时可代替铸钢。
新校园XinXiaoYuan
摘要：本文介绍了齿轮失效的五种基本形式及其原因，并
针对失效原因提出解决办法，就提高齿轮的寿命提出建议。关键词：齿轮；传动失效；形式；对策
一、齿轮传动失效的形式
齿轮在传动过程中发生轮齿折断、齿面点蚀、齿面损坏等
现象，从而失去正常工作能力，这种现象称为齿轮轮齿的失效。
1.面点蚀。齿轮在传递动力时，两工作齿面实际上是线接
触。实际上，因齿面的弹性变形会形成很小的面接触。由于接触
面积很小，所以会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，工作吃面便会产生微小的疲劳裂
纹。如果裂缝内渗入润滑油，在另一齿轮挤压下封闭在裂纹内
的油压会急剧升高，加速裂纹的扩展，最终导致表面层上的小
块金属的剥落，形成小凹坑，这种现象为疲劳点蚀。点蚀使轮齿
工作表面损坏，造成传动不平稳，并产生噪声，轮齿啮合情况会
逐渐恶化而导致齿轮报废。齿面点蚀是在润滑良好的封闭齿轮
传动中轮齿失效的主要形式之一。在开式齿轮传动中，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。齿面抗点蚀的能力主要与齿面硬度有关，提高
齿面硬度，减小齿面的表面粗糙度值和增加润滑油的黏度都有
利于防止点蚀。
2.面磨损。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
的速度符合预计设计期限，则视为正常磨损。正常磨损的齿面
很光亮，没有明显的痕迹，在规定的磨损量内并不影响齿轮的
正常工作。但齿面磨损严重时，渐开线齿廓被损坏，使齿侧间隙
增大而引起传动不平稳，产生冲击和噪声，甚至会因齿厚过度
磨薄而发生轮齿折断。产生齿面磨损的原因主要有：一方面齿
轮在传动过程中，工作齿面间有相对滑动；另一方面齿面不干
净，有金属微粒、尘埃、污物等进入轮齿啮合区域引起磨料性磨
损。
3.面胶合。在重载传动中，齿轮副两齿轮工作齿面发生金
属表面直接接触而产生“焊接”现象，称为齿面胶合。齿面发生
羹 Ｌ－－ｕｎ ｃｎｕａｎｇｘｉｎ
浅析齿轮传动的失效形式及预防措施
吴海功
（中国冶金地质总局山东局三队，山东烟台２６４００２）
摘要：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，并提出了预防的
相关措施。
关键词：齿轮：失效；防止措施
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，在
正常工作条件下，常见的失效形式有轮齿折断（疲劳折断、过载折
断）和齿面损坏（点蚀、磨损、胶合、塑性变形等）。
１ 轮齿折断
轮齿受力后，相当于悬臂梁受载，齿根部弯曲应力最大，同时
齿根又有较大的应力集中，因此，轮齿弯曲折断一般发生在齿根部
分。齿轮传动工作时，轮齿每啮合一次，齿根弯曲应力变化一次。当
弯曲应力超过弯曲疲劳极限，轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲
劳裂纹，并逐渐扩展，致使轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。轮齿
受到短时意外的严重过载或冲击载荷作用也易造成突然折断，这
种折断称为过载折断。钻探设备的变速箱或传动箱中螺栓或轴承
钢球掉到啮合轮齿上发生折断就属于这一种。两种折断均发生在
轮齿受拉力一侧。
齿宽较小的直齿圆柱齿轮，齿根裂纹一般是从根部沿横向扩
展，最后发生全齿的疲劳折断。齿宽较大的直齿圆柱齿轮，一般因
制造误差使载荷集中在齿的一端，裂纹扩展可能沿斜方向，最后发
生齿的局部折断。斜齿圆柱齿轮和人字齿轮常常因接触线是倾斜
的，其齿根裂纹往往从齿根斜向齿顶的方向扩展，最后发生齿的局
部折断。
为了防止轮齿折断，在设计传动时，应进行轮齿弯曲疲劳强度
计算。此外，轮齿折断的防止措施有：（１）增大齿根过度圆角，降低
齿根表面粗糙度，提高齿面加工精度等工艺措施。（２）提高安装精
齿轮传动的失效形式及设计准则
作者 Liyue 浏览 692 发布时间 13/09/03
（一）失效形式
齿轮传动就装置形式来说，有开式、半开式及闭式之分；就使用情况来说有低速、高速及轻载、重载之别；就齿轮材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆（如经整体淬火、齿面硬度较高的钢齿轮或铸铁齿轮）或较韧（如经调质、常化的优质钢材及合金钢齿轮），齿面有较硬（轮齿工作面的硬度大于350HBS或38HRC，并称为硬齿面齿轮）或较软（轮齿工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC，并称为软齿面齿轮）的差别等。由于上述条件的不同，齿轮传动也就出现了不同的失效形式。一般地说，齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，这里只就较为常见的轮齿折断和工作面磨损、点蚀,胶合及塑性变形等略作介绍，其余的轮齿失效形式请参看有关标准。至于齿轮的其它部分（如齿圈、轮辐、轮毂等），除了对齿轮的质量大小需加严格限制外，通常只需按经验设计，所定的尺寸对强度及刚度均较富裕，实践中也极少失效。
1.轮齿折断
轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，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（见图1 图2 图3）。 此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断；在轮齿受到严重磨损后齿厚过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。 在斜齿圆柱齿轮（简称斜齿轮）传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线（参看），轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。
图1
图2
图3
若制造或安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即使是直齿圆柱齿轮（简称直齿轮），也会发生局部折断。
为了提高齿轮的抗折断能力，可采取下列措施：1）用增加齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。
