齿轮轮齿的失效形式完整版本
齿轮传动的失效分析)
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。
浅析齿轮传动失效的形式及对策
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。
机械设计(6.1.1)--齿轮传动的失效形式和计算准则
5-1 失效形式和计算准则
一、失效形式（有六 种1）. 轮齿折断
一、失效形式
折断面
折断面
5-1 失效形式和计算准则 一、失效形 式
轮 齿 折 断 实 例
一、失效形式
5-1 失效形式和计算准则
一、失效形式 2. 齿面点 蚀
一、失效形式
5-1 失效形式和计算准则 一、失效形式 3. 齿面胶合
一、失效形式
5-0 概述
齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。 优点： 1. 效率高； 2. 传动比准确； 3. 结构紧凑； 4. 工作可靠； 5. 寿命 长 缺点： 1. 制造成本高； 2. 装配精度要求高； 3. 不适于两轴距离远的场 合。 目前已达到的水平： 传递功率： 1000000kW ；圆周速度： 300m/s ：转速： 100000r/min
5-1 失效形式和计算准则 一、失效形式
4. 齿面磨损
一、失效形式
5-1 失效形式和计算准则
一、失效形式 5. 齿面塑性变 形
一、失效形式
5-1 失效形式和计算准则 一、失效形式
5. 齿面塑性变 形
实 例
主动轮
一、失效形式 从动轮
5-1 失效形式和计算准则
一、失效形式 6. 齿体塑性变形
一、失效形式
保证齿面接触疲劳强 度；
保证齿根弯曲疲劳强 度 。 闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强
度为主。进行齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强 度计算。
开式齿轮传动中，通常以保证齿根弯曲强度为主 ，兼顾磨损。进行齿根弯曲疲劳强度设计。
5-1 失效形式和计算准则 二、计算准则
齿轮失效形式与极限转矩的关系
二、计算准则
极限转矩 磨损界限
齿轮失效常见的形式及预防措施
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。
齿轮轮齿的失效形式
引起原因 低速重载、齿面压力过大。 避免措施 减小载荷，减少启动频率。
四、齿面塑性变形 当齿轮的齿面较软，在重载情况下，可能使表层金 属沿着相对滑动方向发生局部的塑性流动，出现塑性变 形。
引起原因
低速重载，齿面压力过大。 避免措施
减小载荷，降低启动频率。
五、轮齿折断
轮齿折断是开式传动和硬齿面闭式传动的主要失 效形式之一。
齿轮轮齿的失效形式
失效——齿轮传动过程中，若轮齿发生折断、 齿面损坏等现象，齿轮失去了正常的工作能力。 一、齿面点蚀
二、齿面磨损
三、齿面胶合
四、齿面塑性变形
五、轮齿折断
一、齿面点蚀
点蚀多发生在靠近节线的齿根面上。
• 引起原因
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
引起原因 短时意外的严重过载，超过弯曲疲劳极限。 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，减小表面粗糙度值，降低齿根弯曲应力。
点。
• 避免措施 提高齿面硬度。
二、齿面磨损 齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。
ห้องสมุดไป่ตู้
• 引起原因 接触表面间有较大的相对滑对，产生滑动摩擦 。
• 避免措施
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 。
三、齿面胶合
高速和低速重载的齿轮传动，容易发生齿面胶合。
齿轮失效常见的形式总结
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。
齿轮传动
■抗点蚀措施：提高齿面硬度和齿面加工精度；选用黏度合 适的润滑油等。
机械设计基础
（三）齿面胶合 对于重载、高速齿轮传动，因啮合区产生很大的摩擦热，导 致局部温度过高，使润滑油膜破裂，接触齿面金属发生粘着，随 着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着磨损， 这种现象称为齿面胶合。 此外在重载低速齿轮传动中，由于局部齿面啮合处压力很 高，且速度低，不易形成油膜，使接触表面膜被刺破而粘着，也 产生胶合破坏，称之为冷胶合。 ■抗胶合措施：提高齿面硬度，减 小齿面粗糙度和齿轮模数，采用抗胶合 能力强的润滑油等。
常用材料及热处理选择
齿轮常用材料是钢、铸铁、非金属材料。
机械设计基础
1．钢 齿轮常用钢材为优质碳素钢、合金钢和铸钢，一般多用锻件 或轧制钢材； 较大直径（d>400~600mm）的齿轮不宜锻造，需采用铸钢 如ZG340-640、ZG40Cr等。因铸钢收缩率大，内应力大故加工前 应进行正火或回火处理。 齿轮按照不同的热处理方法所获得的齿面硬度的高低，分为 软齿面和硬齿面两类。
机械设计基础
计算载荷
Fnc KFn
式中， K为载荷系数，用以考虑以下因素影响：
1）原动机和工作机的动力特性、轴和联轴器系统的质量和 刚度，以及运行状态等外部因素引起的附加动载荷。
2）齿轮副在啮合过程中，因制造 误差及运转速度变化引起的内部附加 动载荷。
3）由于轴的变形和齿轮制造误差 等引起载荷沿齿宽方向分布不均性。
机械设计基础
直齿圆柱齿轮传动设计
直齿圆柱齿轮传动的设计计算步骤
1．闭式软齿面齿轮传动（硬度≤350 HBW） 1）选择齿轮材料、热处理方式、精度等级及计算许用应力； 2）合理选择齿轮参数，按接触疲劳强度设计公式算出小齿 轮分度圆直径； 3）计算齿轮的主要尺寸； 4）校核所设计的齿轮传动的弯曲疲劳强度； 5）确定齿轮的结构尺寸； 6）绘制齿轮的工作图。
齿轮的失效形式和设计准则
1. 齿轮传动常见的失效形式
齿轮传动是依靠轮齿的相互啮合来传递运动和动力 的，由于轮齿的尺寸小，受载荷大，因此，轮齿是齿轮 常见的主要失效部位。由于齿轮传动的形式、承受的载 荷、齿面硬度及传动速度等情况的不同，轮齿的失效形 式也是多种多样的，主要有以下五种：
齿轮的失效形式和设计准则
齿轮的失效形式和设计准则
（3）齿面磨损。两轮齿在 啮合过程中存在相对滑动，当 其工作面间进入灰尘、砂粒、 金属屑等杂质时，将引起磨粒 磨损，如图1-16所示。当齿面 严重磨损后，渐开线齿廓被破 坏，齿侧间隙加大，引起冲击 和振动。严重时会因轮齿变薄， 抗弯强度降低而折断。
图-16 齿面磨损
齿轮的失效形式和设计准则
图1-15 齿面点蚀
齿轮的失效形式和设计准则
齿面点蚀是润滑良好的闭式齿 轮传动常见的失效形式，对于开式 齿轮传动，由于齿面磨损较快，点 蚀未形成之前就已被磨掉，因而一 般不会发生点蚀破坏。
齿面疲劳点蚀严重时，齿廓失 去准确形状，产生冲击和噪声。提 高齿面疲劳点蚀的能力，可采用提 高齿面硬度、降低表面粗糙度、使 用高黏度的润滑油润滑等措施。
（1）对于闭式软齿面（≤350 HBS）齿轮传动，齿面主 要失效形式为齿面点蚀，故按齿面接触疲劳强度设计，确定齿 轮的主要参数和尺寸，然后按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
齿轮的失效形式和设计准则
（4）齿面胶合。在高速重载 的齿轮传动中，由于齿面滑动速度 高，齿面间的高压、高温使润滑油 被挤出，齿面油膜破裂，两金属表 面啮合处摩擦面瞬时产生高热，局 部温升过高，使齿面接触区熔化并 黏结在一起。当齿面相互滑动时， 较软的金属表面沿滑动方向被撕下 一部分，形成沟纹，这种现象称为 胶合，如图1-17所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
五、轮齿折断
1、原因：变载（疲劳、过载） 2、发生后果：不能正常传动，甚至造成重大事故 3、发生场合：开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动中 4、预防措施：选择适当的模数和齿宽，采用合适的材料
及热处理工艺，减小齿根处的应力集中：铁屑、灰层进入，啮合齿面间的相 对滑动摩擦而产生磨损，齿形变瘦
2、发生场合：开式传动 3、预防措施：采用闭式传动，提高齿面硬度，减小接触 应力，降低表面粗糙度值，保. 持润滑油的清洁
三、齿面胶合
1、产生原因：高速重载时散热不好，低速重载时，压 力过大，使油膜破坏，金属熔焊在一起而发生胶合。 2、发生部位：靠近节线的齿顶面
3、发生场合：高速、低速重载齿轮
4、预防措施：适宜的润滑油、提高硬度、减小表面粗糙 度值、采用抗胶合能力强的齿轮材料
.
四、齿面塑性变形（飞边）
1、产生原因：较软齿面的齿轮在频繁起动和严重过载， 由于齿面很大压力和摩擦力的作用使齿 面金属局部塑性变形
2、发生部位：主动轮形成凹沟，从动轮齿面形成凸棱 3、预防措施：提高齿面硬度、选用较高粘度的润滑油，
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：脉动偱环的接触应力 →齿面产生微 小裂纹，在齿轮的挤压下润滑油压上升 → 裂纹扩展，小块 金属剥落 → 小坑（麻点）
.
2、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：提高齿面硬度、降低表面粗糙度值、 合理选择润滑油的粘度及采用正角度变位齿轮传动