轮齿的损伤与失效

（一）齿轮的失效

失效
机械或零件由于某些原因不能正常工作的现象。换句话说，机械或零件在使用过程中，由于某些原因而丧失工作能力或功能参数漂移到界限值以外的现象，称为失效。
失效仅仅是工程设备可能结束其使用寿命的三种方式之一，除此之外还有：“过时淘汰”和“一次性使用”。在设计过程中，通常总是力图确保在规定使用寿命之前，或在过时淘汰之前以及因启用而完成其使用任务之前，不致发生失效。因为设计要统筹兼顾到完善性和经济性，所以一旦失效不致发生人身事故，也不算灾难。

损伤
机械或零件在使用过程中，由于某些原因受到伤害而影响正常功能的现象，称为损伤。决不是所有的损伤都会引起失效，也不会一发现损伤就立即引起失效，而是表示缩短寿命。当损伤逐渐累积到一定程度时，就会发生失效。对损伤的机械或零件应及早检查，以便决定能否继续安全地使用。

失效分析
对零件或设备进行外部观察、内部检查、开展综合分析、判别失效原因、提出预防失效的措施，称为失效分析。它是提高零件或设备质量的重要手段。。

齿轮轮齿的损伤与失效
齿轮传动的损伤与失效主要发生在轮齿上，而其它部分（如轮缘、轮辐、轮毂等），通常是按成熟的经验公式设计的，所确定的尺寸对强度和刚度来说一般较富裕，实践中很少见到损坏。“损伤”是指轮齿上发生伤痕，但不一定就立即影响正常工作。“失效”是指齿轮在使用过程中，由于载荷、温度或环境介质作用，轮齿尺寸、外形或材料性能发生改变，失去原定设计功能而不能正常工作。失效并不单纯意味着破坏，而具有更广泛的意义。损伤往往是失效的前奏。通常损伤的发展与积累到一定程度时会导致轮齿的失效。而齿轮传动的失效往往是几种损伤综合作用的结果。但有的损伤并不会导致齿轮传动的失效，如齿面正常磨损，非扩展性点蚀就属于这种损伤。GB 3481—83将齿轮轮齿的损伤与失效分为以下五大类：1）磨损；2）齿面疲劳；3）塑性变形；4）轮齿折断；5）其它损伤。

（二）齿轮的磨损

磨损
使齿轮副摩擦表面材料逐渐损耗的现象，称为磨损。齿轮正常工作过程中磨损有三个阶段：1）跑合磨损阶段，2）稳定磨损阶段，3）剧烈磨损阶段。齿轮在跑合阶段的磨损，以及利用磨损原理进行加工（如研磨、抛光、磨削）都是有益的磨损。在预期寿命内，只要磨损量不超过允许值，不影响齿轮原设计功能，就认为是正常磨损（normal wear）。根据磨损机理可将齿面磨损分为四种基本类型：1）粘着磨损（adhesive wear）；2）磨粒磨损（abrasive wear）；3）表面疲劳磨损（surface faligue wear）；4）腐蚀磨损（corrosive wear）。按照齿面磨损状态，磨损还可以分为许多类型，这是因为一种磨损状态往往是几种磨损机理综合作用的结果。

轻微磨损
轻微磨损是齿轮副摩擦表面相互抛光的结果，它是一种相当缓慢的磨损现象。摩擦表面上的微观凸起逐渐被磨平，直到出现非常光滑的齿面为止。通常，轮齿工作齿面的粗糙度与润滑油粘度、齿面工作速度、工作载荷之间不匹配，造成弹性流体润滑油膜厚度不够，导致齿面微观凸起被剪掉，齿面材料轻度转移，使工作齿面微观凸起被磨平，粗糙度逐渐变细。
除了齿轮装置的设计寿命比轻微磨损基础上确定的磨损寿命大得多之外，轻微磨损一般不需避免。轻微磨损可得到良好的啮合齿面。在轻微磨损过程中，应适当更换润滑剂或采取其它措施，以得到较合适的油膜厚度。

中等磨损
中等磨损是一个比较常见的磨损现象，它是一个相当稳定的磨损阶段，它存在于齿轮传动整个设计寿命期内。中等磨损扩展的速率较快，节线上下齿面的材料都有一定程度的移失，离相对滑动速度为零的节线越远，磨损量越大。在节线位置上，逐渐呈现一条近连续的光亮直线。由于工作速度、载荷、温度、润滑剂性能等方面的限制，齿轮常在边界润滑或接近边界润滑状态下工作，润滑系统中少量的污染杂质，都可能引起中等磨损。
预防中等磨损的措施是，改善润滑条件，增加油膜厚度；提高润滑油粘度，降低油温，加入适当的添加剂，改善润滑方式；如果工作速度和载荷可变，则可提高工作速度，减轻载荷。至于润滑系统中的污染杂质，可增设过滤装置或换油来排除。

过度磨损
过度磨损是齿轮磨损到剧烈磨损阶段的必然结果。过度磨损的扩展速率很快，工作齿面材料大量磨掉，齿厚变薄，齿廓形状遭到破坏，齿侧间隙增大，齿轮精度下降，齿轮不能正确啮合，从而引起振动、冲击和噪声，并使润滑条件恶化，磨损加剧和温度升高，最终导致齿轮达不到设计寿命就迅速报废。润滑系统和密封装置不良，工作齿面润滑油膜建立不起来，传动系统有严重振动，冲击载荷等原因都会导致齿面过度磨损。
预防过度磨损的对策：采用合适的密封型式和润滑装置，改善润滑方式，加强维修。提高润滑油粘度，改善润滑冷却条件。如有可能，也可提高工作速度，减轻载荷（特别是振动载荷）。如上述措施不能奏效，则可以改进设计，如改变齿轮几何参数、材质、精度、齿面粗糙度等。将开式齿轮传动改为闭式齿轮传动也是避免过度磨损有效措施之一。

磨粒磨损
由硬齿面微观凸起或润滑油中夹带、嵌入齿面硬质颗粒的切削或刮擦作用引起齿面材料迁移的现象，称为磨粒（磨料）磨损。磨粒磨损的结果在齿面上沿滑动速度方向有均匀的条痕，经多次摩擦产生的条痕，一般具有重叠的特征。磨粒磨损有两种类型：1）由于粗糙的硬齿面与另一较软齿面相对摩擦引的“两体”磨粒磨损；2）由于硬质磨粒进入摩擦面引起的“三体”磨粒磨损。
当齿面粗糙的已淬硬的小齿轮与软钢大齿轮或塑料大齿轮啮合运行时，以及齿面粗糙已淬硬的蜗杆和青铜蜗轮啮合运行时，会发生第一种类型的磨粒磨损。补救的措施：磨削或研磨较软的零件，以降低齿面粗糙度。变更齿轮副材料和热处理方法，选择合适的齿面硬度。
造成三体磨粒磨损的磨料（磨粒），可能是装配前未完全除去的磨料，铸件的砂粒和氧化皮，以及润滑油和附近空气中的污物，或来自齿轮、轴承等零件摩擦面剥落的金属粉末。润滑脂格外容易引起磨粒磨损，因为它往往会把磨料杂质和磨损产物滞留于啮合区齿面上。新齿轮跑合后未及时更换干净的润滑油时，最易发生磨粒磨损。开式齿轮传动更容易产生磨粒磨损。补救办法：保证可靠的密封和润滑油的清洁，防止外来污物的侵入；更换新的润滑油或更换油的品种；提高齿面硬度和加工精度；对重要的传动，一律采用闭式齿轮传动。

腐蚀磨损
在齿轮啮合过程中，齿轮材料与周围介质发生化学或电化学反应，引起材料脱落的现象，称为腐蚀磨损。它是一种以化学腐蚀作用为主、并伴有机械磨损的轮齿损伤形式。齿面上呈现均匀分布的腐蚀麻坑，工作齿面沿滑动速度方向伴有腐蚀痕迹。混入润滑油中的酸、碱、水、气体等活性成分和齿轮材料发生化学和电化学反应，引起齿面腐蚀。又由于摩擦或冲刷作用而使蚀斑被磨失或冲刷掉，形成腐蚀磨损。在高温时，极压添加剂会形成非常活泼的腐蚀剂侵蚀齿面。工艺过程中残留在齿面上的有害介质也会引起腐蚀磨损。
预防腐蚀磨损的措施：使润滑油具有高温稳定性和氧化稳定性。在选用极压添加剂时应考虑到对齿面腐蚀的影响。添加剂成分和含量应掌握适当。加入添加剂后应经常检查，一旦发观腐蚀现象应立即换油，调换添加剂使腐蚀磨损减少到最轻程度。为了防止润滑油被外界的水、酸、碱和其他有害物质所污染，应提高齿轮箱的密封性，改善润滑油的保管方法，加强防水防潮措施。在加工过程中应尽量避免齿轮与腐蚀剂接触。

微振腐蚀磨损
没有啮合运动相对静止的接触齿面（例如齿轮联轴器和渐开线花键联接），在长期微小振动和化学腐蚀综合作用下发生的齿面损伤，称为微振（动）腐蚀磨损。它是粘着磨损、腐蚀磨损、磨粒磨损和疲劳磨损的并存形式。因此，它是一种复合式的磨损。但是，起主导作用的是粘着处外界微振而引起的剪切和氧化腐蚀。微振腐蚀磨损发生在齿面接触线上，通常呈现厚度不均匀的漆状红褐色覆盖层，或呈现难以擦去的“粉状”条痕。严重时接触线形成沟痕。
为了防止出现微振腐蚀磨损，要防止接触面滑动和磨损碎片氧化。实践证明：正确选择齿轮副材料和润滑，采用适当的表面热处理（例如氮化）等都可减轻这种损伤。

（三）齿轮的胶合

胶合
啮合齿面由于润滑油膜破裂，出现局部熔焊粘着，并沿滑动速度方向撕伤，形成沟痕的现象，称为胶合。
胶合有热胶合与冷胶合之分。热胶合通常是由于啮合处局部过热导致两接触齿面金属融焊粘着；而冷胶合则是由于啮合处局部压力很高、且相对滑动速度低使两接触齿面间表面膜被刺破而粘着。齿面产生热胶合的部位常呈现过热特征（回火色），而冷胶合常在齿面上局部发生。
胶合又称粘着磨损。粘着程度不同，出现的磨损形式也不尽相同。撕伤发生在软金属齿面表层里，材料逐渐转移到硬金属齿面上，称为“涂抹”。撕伤发生在软金属齿面表层的地方，硬金属齿面也可能被划伤，称为“擦伤”。撕伤发生在啮合齿面一方或双方基体金属较深的地方，称为“撕脱”。工作齿面咬住齿轮运转停止，称为“咬死”。这些不同程度的磨损，统称“胶合”。
根据齿面划痕（胶合线）的数量和轻重程度，胶合又可分为：轻微胶合、中等胶合、破坏性胶合、局部胶合。胶合损伤的范围可由轻度外表面的磨蚀（轻微胶合）到啮合齿面间的严重焊接（破坏性胶合）。如胶合继续发展，可能导致轮齿全部毁坏。
用合成树脂（尤其是尼龙）的齿轮与钢制齿轮啮合，也往往会发生粘着撕伤（胶合）。脆性材料比塑性材料抗胶合的能力强。

结霜
结霜是胶合前出现的一种齿面损伤形式。撕伤发生在啮合齿面表层界面上，齿面材料有轻微的转移，危害不大。结霜又称灰斑。这种损伤好象一层霜覆盖在齿面上，齿面光泽像酸洗那样被浸蚀。用显微镜放大观察，齿面上有微凹痕群或极薄一层表面塑性流动。如果保持稳定的运转条件，齿轮运转过程中将缓慢地磨光初期结霜。
产生结霜的原因是，齿面载荷大和轮齿啮合过程中摩擦产生的热，导致啮合齿面处于边界润滑状态，使润滑油膜变薄，齿面粗糙峰粘着，在相对滑动速度作用下发生界面剪切。
预防结霜的对策：通过珩齿或磨齿降低表面粗糙度，通过仔细的跑合，使齿面载荷趋于均匀，减少局部过载产生的热量；采用低极压添加剂的润滑油，有助建立良好的润滑油膜；适当降低载荷和速度可以减轻或避免这种损伤的发生。

轻微胶合
当在齿顶或齿根表面出现轻微胶合线（齿面划痕）时，称为轻微胶合。用低倍显微镜放大观察，发现齿面上有许多小的熔焊粘着痕迹区，并沿滑动速度方向撕裂。一般在新齿轮运转初期，或在润滑不充分状态下起动时容易出现这种损伤。只要经过一段时间跑合后，啮合齿面形成了较好的润滑状态时，轻微胶合就会停止。
这种损伤可能是由于运转初期相啮合齿面的润滑条件与工作情况不甚协调，但材质条件较好而造成的；也可能是由于轻微干涉引起的。
控制起动过程中的载荷和保持良好的润滑条件，可避免产生轻微胶合。如轻微干涉引起的损伤，则应及时排除产生干涉的起因。

中等胶合
中等胶合经常出现在轮齿的齿顶和齿根表面上，齿面上垂直于线的胶合线（齿面划痕）连成一片，但不遍及全齿面，同时胶合线较细较浅。
齿轮轮齿啮合处的局部温度过高而导致润滑油膜破裂是产生这种损伤的主要原因。
降低供油温度以降低齿轮本体温度，换有极压添加剂的润滑油，在接触齿面涂敷固体润滑剂，利用珩齿降低表面粗糙度等，均有利于造成良好的润滑条件，达到防止出现这种损伤的目的。在可能的条件下，适当降低载荷和速度，也可减轻或避免这种损伤。

破坏性胶合
破坏性胶合在齿面上的胶合线（齿面划痕）较深，沿齿面滑动方向有明显的材料移失痕迹，几乎连成一片。由于齿面上金属大量撕脱，工作节线明显地暴露出来，正常的齿廓被破坏，振动和噪声增大，齿轮报废。
破坏性胶合的产生是因为齿面载荷过大，滑动速度高，润滑不充分，齿面局部接触温度过高的结果。
这种危害性极大的失效，有时会突然发生，所以一定要事先防范。防范的方法是，改善润滑条件，使用极压添加剂的润滑油，降低齿面压力和滑动速度。

局部胶合
在形貌上与中等胶合有相似之处，但仅集中发生在相接触齿面的局部区域上，并不沿相接触的全部齿面延伸、扩展。
局部胶合通常是由于载荷集中造成的。载荷集中可能是设计不当引起的，也可能是制造误差、安装误差、外载荷偏斜或齿面不均匀冷却形成的。在鼓形齿中，当鼓形量过大时，在凸起部分也会形成载荷集中而引起局部胶合。齿轮热膨胀不均匀也会形成凸起效应而导致载荷集中，尤其齿宽较大时，齿轮中部比两端温升高、热膨胀量大，这种损伤形式易于出现。
可通过消除局部载荷集中来避免发生局部胶合。齿轮箱体孔中心线的形位公差和齿轮齿向误差应选择适当。高速齿轮应注意沿啮合区宽度散热均匀，冷却油量和供油部位要适当。鼓形齿的鼓形量也不能选得过大。

（四）齿面疲劳

齿面疲劳
齿轮在啮合过程中，受到超过齿轮材料接触疲劳强度的交变接触应力多次作用，轮齿表面或次表面产生疲劳裂纹，在润滑剂的促使下，裂纹进一步扩展使齿面材料剥落产生凹坑的现象，称为齿面疲劳。
齿面疲劳是最普遍的损伤形式，根据齿面上凹坑（疲坑）产生的方式的不同，可分为点蚀和剥落。

点蚀
齿面呈麻点状的疲劳损伤，称为点蚀。点蚀约为深度小于0.1～0.2mm的贝壳形（扇形）凹坑，它是在接触表面最大切应力作用下产生疲劳裂纹，因油楔作用而形成的。麻点一般首先出现在节线附近的齿根表面上。它是润滑良好的闭式齿轮传动的主要失效形式之一。开式齿轮传动由于润滑不良齿面磨损快，很少出现麻点。胶合可伴随点蚀而发生。
点蚀可分为非扩展性（早期）点蚀和扩展性（破坏性）点蚀。

早期点蚀
新齿轮运转初期，由于齿面局部超负荷引起的点蚀，称为早期点蚀。
新齿轮由于工作齿面局部凸起或偏载等原因，引起接触不均匀而发生局部超载，当啮合线扫掠过齿面时齿面受到过大的局部接触应力，在超过齿轮材料疲劳极限的交变接触应力作用下，形成显微疲劳裂纹，在润滑油的作用下，裂纹进一步扩展使小块材料脱落，形成疲坑（麻点）。随着不断地跑合，实际接触面积增大，接触应力趋向均匀，麻点停止发展。这种非扩展性的点蚀，一般小而浅，数目不多，分布不规则，常发生在局部较高应力区，大部疲坑呈扇形（贝壳形），而且多数发生在未淬硬的软齿面上。对中低速齿轮传动，如果不要求高的运动精度，出现非扩展性点蚀后，齿轮仍可继续使用。
补救的办法：降低表面粗糙度，较正轴线，提高齿形精度，采用齿廓修形，精心跑合等都可改善齿轮接触情况，从而减轻或避免早期点蚀。

破坏性点蚀
齿轮持久运转，由于受到过大的齿面接触应力，点蚀不断形成并扩展成大片的麻点，称为破坏性点蚀。
齿轮工作一段时期后，即使齿面跑合，齿面接触应力仍超过齿轮材料的接触疲劳极限，局部麻点的大小和数量逐渐增大，并沿轮齿接触线全长蔓延扩展成破坏性点蚀。这种点蚀的麻点较早期点蚀大而深，一般首先出现在靠近节线的齿根表面上，并不断扩展，麻点连接成片，就形成片蚀。它使齿面磨损加剧，破坏了正确的齿形，振动和噪声明显增大。严重时齿根连成一线的麻点出现裂纹，而使轮齿折断。
保持齿面接触应力低于齿轮材料的疲劳极限，破坏性点蚀就可以避免。提高齿轮材料的硬度，可提高齿轮材料的接触疲劳极限。有时仅提高主动齿轮的齿面硬度，也能制止这种点蚀的发生。提高润滑油的粘度及采用适宜的添加剂，对防止点蚀也有明显效果。

剥落
齿面材料成片剥离的损伤称为剥落。剥落比点蚀坑大而浅平。一般多发生在中硬材料的齿面上。根据剥落的形成过程不同，剥落可分为：
1）浅层剥落。这种形式的齿面损伤经常发生在齿面接触应力较高的等温淬火的中硬齿面上。浅层剥落是由于距离接触表面0.786b（b为接触面半宽）处，最大切应力超过材料抗剪强度所致，深度为0.2～0.4mm。
2）硬化层剥落。这种形式的齿面损伤经常发生在表面硬化的齿轮上。硬化层剥落是由于过渡区最大切应力超过材料抗剪强度所致，深度约等于硬化层深度。
剥落损伤一般是由于齿面载荷过大或由于热处理工艺不当造成的。因此，正确设计齿轮几何参数、选择合适的热处理工艺、改换齿轮材料等，对防止齿面剥落都能收到良好效果。

（五）塑性变形

塑性变形
在过大的应力作用下，齿轮材料因屈服产生塑性流动而形成齿面或齿体的塑性变形。它一般多发生在硬度低的齿轮上；但重载荷作用下，硬度高的齿轮也常发生。
根据起因和形貌不同，轮齿塑性变形可分为：碾击塑变、鳞皱、起脊、压痕、齿体塑变。

碾击塑变
轮齿在相互滚碾和冲击作用下，其表面及次表面材料出现明显的金属流动，产生齿面塑性变形的损伤，称为碾击塑变。其特征是：在齿顶棱和齿端面上出现飞边；有时齿顶被严重滚圆，接触齿面被压陷；有的在主动轮的轮齿上沿相对滑动速度为零的节线被碾出沟槽，而从动轮的轮齿上被挤出脊棱。齿轮材料硬度过低，接触应力过高，齿轮传动啮合不良，动载荷太大以及润滑不良等原因都会引起碾击塑变。
减小接触应力和增加接触表面及次表面材料的硬度，可以消除这种损伤。提高齿距精度、减小齿形误差和改善工作情况，并降低动载荷；采用极压添加剂和高粘度的润滑油以及改善齿轮的润滑情况，减小摩擦力。保证安装精度，以避免载荷集中，这也是常用的措施。

鳞皱
齿面上垂直于滑动速度方向呈鱼鳞状波纹的齿面塑性损伤，称为鳞皱。它一般发生在硬齿面上，但较软的齿面有时也可能发生。它多发生在渗碳淬火的准双曲面小齿轮上。轻度的鳞皱，只要不任其自由发展，对齿轮传动正常工作没有明显的影响。但严重的鳞皱会使正确的齿廓形状破坏，并引起其它形式的严重损伤。鳞皱是在齿轮运转过程中，由于润滑不良及高压作用下，啮合齿面间“粘”和“滑”两种作用交替发生，工作齿面间产生“爬行” （粘附滑动现象）的结果。它往往与低速（或中速）条件下油膜厚度不足、振动等因素有关。
增加齿面硬度、减小接触应力、改善润滑状况，都可以防止鳞皱的发生。采用极压添加剂和高粘度的润滑油、提高齿轮速度、控制齿轮振动等办法，都可改善润滑状况，避免发生鳞皱损伤。

起脊
载荷大、润滑不良时，啮合齿面产生塑性变形，在滑动速度方向呈现垄起的箭头形或鱼尾形花纹的现象，称为起脊。它是发生在表面淬火的准双曲面小齿轮和青铜蜗轮齿面上塑性流动的一种特殊损伤形式。它是由于高的接触应力、低的滑动速度和啮合齿面间润滑不良，使轮齿表面或次表面材料沿滑动速度方向发生塑性流动而产生的。
降低齿面接触应力、增加材料的硬度和采用带极压添加剂的粘度较大的润滑油能防止起脊发生。在没有循环润滑系统的传动中，经常更换润滑油并保证润滑剂的清洁，也是有益的措施。

压痕
齿面出现压陷损伤，称为压痕。轻者压痕浅而平；重者常伴有局部的轮齿变形，甚至影响正常啮合。外界硬质异物或从轮齿上掉下的金属碎片进入啮合面是造成压痕的直接原因。有时可能是极压油在传动系统内高效加热器碳化的结果。
检修设备时应特别注意防止硬质异物掉进齿轮传动装置中。彻底清洗传动系统，检查加热器表面是否洁净，必要时降低其表面温度。

齿体塑变
轮齿齿体或其部分因严重塑性流动而引起的轮齿变形，称为齿体塑变。轮齿呈现歪扭，齿形剧变。硬齿面轮齿发生塑性变形时还常伴有变色现象。通常由于润滑失常而造成的剧烈温升，使齿轮材料的屈服强度降低所引起的齿体塑性变形，称为热塑变形。强度较低的塑性材料，在过大载荷作用下产生的齿体塑性变形，称为冷塑变形。
对于循环润滑的齿轮装置，应消除中断供电的原因。设置报警装置，一旦供油中断，齿轮传动装置就能快速停车。对于油池润滑的齿轮装置，应注意油面位置。提高润滑油的粘度，有时也可获得一定效果。对冷塑变的齿轮，主要是提高齿轮材料的屈服极限。

（六）轮齿折断

轮齿折断
轮齿整体或其局部的断裂，称为轮齿折断。它通常是由于齿根危险点的交变应力超过齿轮材料的弯曲疲劳极限所造成的。有时，也可能由短时过载造成。轮齿折断有全齿折断和主要部分折断之分，这主要取决于轮齿的种类（直齿或斜齿）、加工精度、安装精度和内在缺陷等因素。根据发生断齿的原因不同，轮齿折断可分为：疲劳折断、过载折断、随机折断。

疲劳折断
轮齿在周期性变化的弯曲应力作用下引起的断齿，称为疲劳折断。折断的切口起源于受载边的裂纹，裂纹沿齿根方向或斜上方齿顶方向发展，最终导致轮齿折断。断口特征是：以齿根圆角半径方向的初始裂纹（疲劳源）为中心逐渐向周围扩展，有一系列的扩展迹线（贝壳花纹），疲劳扩展区磨得很光。瞬时断裂区表面粗糙，参差不齐。引起疲劳折断的原因有：过载、扭转振动、载荷分布不均匀、齿根圆角半径过小和齿根表面粗糙度过大、不适当的锉削或磨削在齿根部造成切痕、轮齿压痕、淬火钢具有粗晶马氏体组织和残余应力、铸造齿轮的齿根有气孔、表面疲劳麻点接近齿根部等。
消除上述各项缺陷，避免过载，正确安装，并在减振联轴器所限定的冲击载荷下运行都有助于防止产生疲劳折断。

过载折断
仅仅由于几次短时意外过载造成的断齿，称为过载折断。它不像疲劳折断是从疲劳裂纹缓慢地扩展至折断，其断口一般较粗糙，与静止弯曲破坏断口相似。由于载荷严重集中、动载荷过大、轴承损坏、传动件失效以及有较大硬质异物进入啮合区等原因，使轮齿弯曲应力超过齿轮材料的弯曲极限应力，均能引起过载折断。
从设计上防止这种损坏是比较困难的，因这种损坏经常是一些意外因素所造成。注意避免意外的严重过载以及在传动系统中设置安全装置（例如安全联轴器），可有助防止过载折断。

随机断裂
不与齿根圆角截面有关的疲劳断齿，称为随机断裂。通常断齿都发生在齿根，但某些偶然因素，例如材质的缺陷、齿面点蚀、齿面剥落或其它应力集中源在某处形成过高的局部应力集中，致使齿轮在运转过程中发生部位不定的断齿，这就是随机断裂。随机断裂的断口形貌与一般疲劳折断的断口相似。
由于出现随机断裂的原因很多，因此要避免这种损坏最重要的是严格控制毛坯和加工质量；在设计时，对硬齿面齿轮要采用较大的模数。

（七）齿轮的其他损伤

轮坯缺陷
轮坯缺陷是指齿轮轮齿部在毛坯阶段已存在的缺陷，主要是气孔、砂眼、夹杂物和裂纹等。它们通常在局部出现，有时可贯穿几个齿，也可达到较深部位。齿轮毛坯材料的冶、铸、锻、焊等工艺过程不当或控制不严，往往导致夹渣或非金属夹杂物混入轮坯，出现气孔、砂眼或产生裂纹等。裂纹也可能是由于材料不均匀引起的。
合理的冶、铸、锻、焊工艺，建立严格的轮坯检验制度，及时剔除不合格的轮坯等，以消除轮坯缺陷。

淬火裂纹
淬火裂纹是指齿轮在淬火冷却过程中或后期产生的裂纹。淬火裂纹多数呈发丝状，有时能自行扩展。裂纹有的沿齿根圆角半径方向，有的在齿的两个端面，也有的穿越齿顶及在齿端面的表面硬化层与芯部交界处。较大裂纹的初始部位常有锈蚀或氧化的痕迹。淬火裂纹是由于淬火过程中产生过大的内应力造成的。齿端面上的裂纹通常是由于硬化层与芯部交界处相变不协调引起的。
根据齿轮材料和对其要求制定合理的淬火工艺规程，并严格控制工艺过程。如严格控制淬火速度；齿轮的各部尺寸与结构适应淬火工艺要求；应保证工艺设备正常工作。采用以上措施可避免产生淬火裂纹。

磨削裂纹
磨削裂纹是磨削过程中在齿面上产生网状裂纹或相互平行的短裂纹。磨削裂纹一般很浅，肉眼不易发现而需用磁粉探伤或其它专门方法来检测。有时磨削裂纹是潜在的，并且在闲置若干时间或加载工作后才显示出来。磨削裂纹主要是由磨削过程中的过热引起的，也可能是热处理不当引起的。过热可能是磨削工艺参数选择不正确、砂轮不合理或选用不当、冷却措施不当等原因引起的。某些材料对磨削过热敏感，更易产生磨削裂纹。
选择适当的磨削工艺，控制进给量和磨削速度，加强冷却措施，选用不易磨裂的材料和合理的热处理工艺等都可以避免出现这种损伤。

电蚀
由于啮合齿面放电造成的齿面损伤，称为电蚀。电蚀齿面呈大量均匀分布的微小坑点。这些坑点形貌光滑，有熔融状放电痕迹，坑点边缘有退火色。电蚀常发生在多个齿面，甚至全部轮齿上。由于啮合齿面间存在相对运动，所以可能导致齿面刮痕，发生齿面擦伤。
将电动机或其它电源设备进行绝缘，或在适当地方安置地线或电刷，以消除杂散电流的放电。禁止在齿轮箱机座附近进行焊接。采取上述措施均有利于消除这种损伤。

干涉损伤
在齿轮啮合过程中，由于啮合干涉引起的齿面损伤，称为干涉损伤。这种损伤表现为齿根被挖出沟槽，与其相啮合的齿顶被滚圆。损伤强烈的程度，视干涉的程度而异。轻者是一条光亮的磨损直线，除增加运转噪声及点蚀外，并无严重后果；严重者在齿面上凿孔，会使齿廓干涉部位严重损坏，甚至导致齿轮传动失效。这种损伤主要是由于设计参数选择不合理，加工齿形误差过大，安装中心距过小，轴系零件变形过大等原因导致啮合不正常，引起一齿轮齿顶与另一齿轮齿根强行接触所致。
改进齿轮刀具或齿轮几何形状设计，适当增大中心距，齿端顶部倒角，齿长修形，保证组装精度等措施均有利消除这种损伤。

轮缘和腹板损伤
轮缘裂纹通常发生在两相邻齿之间的齿根部。腹板裂纹有的是轮缘裂纹沿径向扩展而成，有时腹板内也产生裂纹但不一定扩展到轮缘。轮缘裂纹通常是轮齿疲劳裂纹发展的结果。齿轮某部分的残余应力过高，会形成并促使裂纹扩展。腹板损伤可因腹板强度不够、应力集中或振动等原因而引起。
轮缘、腹板的尺寸均应满足强度要求。局部应力集中因素，如切削刀痕、磨削裂纹、轮缘和腹板过渡圆角过小，应设法减少或消除。必要时应采取有效的减振、防振措施。

溶胀
固体吸收液体而增大体积的现象，称为溶胀。它多发生由长链型分子组成的固体，溶胀一般会降低材料硬度和弹性，聚酰胺系列合成树脂制造的齿轮有吸湿性，容易发生溶胀。
正确选择润滑剂和润滑方式，根据工况考虑设置冷却装置，均有利于消除这种损伤形式。

返回目录