齿轮轮齿的失效形式45959
齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又多种多样b...b
常见的齿轮传动失效有那些形式齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又多种多样，较为常见的是下面叙述的五种失效形式。
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。
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。
在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。
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，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。
2、齿面磨损在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现不同的磨损形式。
例如当啮合齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时，齿面即被逐渐磨损而至报废。
这种磨损称为磨粒磨损。
它是开式齿轮传动的主要形式之一。
改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的方法3、齿面点蚀蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。
在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。
所谓点蚀就是齿面材料变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。
齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，如工作条件未加改善，麻点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤。
简述齿轮常见的失效形式及特点
齿轮失效形式及特点
齿轮作为机械传动装置中常见的零件，其失效形式多种多样。
下面将介绍几种常见的齿轮失效形式及其特点。
1. 磨损失效
磨损是最常见的齿轮失效形式之一，主要是由于齿轮表面的摩擦和磨损引起的。
具体表现为齿面磨损、齿面点蚀、齿面斑点磨损等。
磨损失效主要由于润滑不良、负载过大、工作环境恶劣等原因引起。
2. 齿面断裂
齿面断裂是指齿轮齿面出现裂纹或齿面完全断裂。
齿面断裂多发生在齿根处，其特点是断口光滑，常伴有齿面疲劳痕迹。
齿面断裂主要是由于齿轮过载、材料强度不足、制造缺陷等原因引起。
3. 齿根断裂
齿根断裂是指齿轮齿根处发生断裂，断口呈现韧性断口。
齿根断裂多发生在负荷集中区域，其特点是断口不平整，常伴有齿根疲劳痕迹。
齿根断裂主要是由于齿轮过载、应力集中、材料强度不足等原因引起。
4. 腐蚀失效
腐蚀失效是指齿轮表面受到化学物质侵蚀而产生的失效。
腐蚀失效的特点是齿面出现腐蚀斑点、齿面粗糙等。
腐蚀失效主要是由于工作环境中存在腐蚀介质、润滑不良等原因引起。
以上是齿轮常见的失效形式及其特点。
在实际应用中，为了避免齿轮失效，可以采取以下措施：选择合适的润滑剂，保持良好的润滑
状态；合理设计齿轮结构，提高齿轮的强度及工作寿命；加强齿轮的维护保养，定期检查齿轮状态并及时更换磨损严重的齿轮。
通过这些措施的实施，可以有效预防齿轮的失效，延长齿轮的使用寿命。
总结：了解齿轮常见的失效形式及其特点对于提高齿轮传动的可靠性和寿命具有重要意义。
齿轮传动的失效形式和材料齿轮传动的失效形式齿轮传动失去
4.轮辐式齿轮
当齿轮的齿顶圆直径da>400~600mm 时，可采用轮辐式结构。这种结构的 齿轮常用铸钢或铸铁制造。
轮辐式结构
大尺寸齿轮
齿轮传动的润滑
开式或半开式传动 v< 10 m/s的闭式传动 v> 10 m/s的闭式传动
定期人工加油润滑
浸油润滑
喷油润滑
浸油润滑
喷油润滑
第九节 齿轮传动的失效形式和材料
一、齿轮传动的失效形式 齿轮传动失去正常工作能力的现象，称为失效。 轮齿的失效形式有以下五种： 1.轮齿折断 轮齿折断一般发生在齿根部位。齿轮在传递动力时，轮 齿受到弯曲作用，而齿根部分受到的弯曲应力是最大的。
┌全齿折断 (直齿齿根裂纹扩展所至）
1）疲劳（交变载荷反复作用）折断→
3.非金属材料——用于小功率、速度高→低噪音
(三). 常用热处理：
软齿面（齿面硬度≤350HBS）： 正火、调质 两轮材料相同时，采用不同的热处理 硬齿面（齿面硬度＞350HBS）： 低碳钢－渗碳＋淬火 中碳钢－表面淬火
第十二节
1、齿轮轴
齿轮的结构设计
对于直径较小的钢质齿轮，其齿根圆直径df与轴直径相 差很小。可将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴。如 下图
└缺角
(斜齿接触线为斜线)
2）过载（短期严重过载或过大的冲击）折断：铸铁或淬火钢容易发生脆性折 断。
防止轮齿折断的措施：禁止超载使用。保证轮齿弯曲疲劳 强度，增大齿根圆角半径等。
蚀一般发生在靠近齿根的节线附近。
点蚀——轮齿表面有小片金属剥落下来或点状脱落，形成麻点。
齿面点蚀图
3. 齿面磨损
齿轮在传动中，两齿廓都要产生相对滑动，因此两齿面必定会产生 磨损。 磨损有两种：一是跑合，二是磨粒磨损。 油不净→磨料磨损→齿形破坏 →齿根减薄（根部严重）→断齿 防止磨粒磨损的办法有：采用闭式传动，保持良好清洁的润滑，提 高齿面硬度。
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齿面点蚀
❖ 点蚀的产生：接触面积很小→ 接触应力很大→循环 次数足够→产生微小疲劳裂纹→裂缝内渗入润滑油 →另一齿轮挤压→裂缝内油压急剧升高→裂纹扩展 →表层剥落小块金属→形成小坑。
❖ 点蚀产生的位置：靠近齿根表面处 ❖ 后果：传动不平稳、产生噪声、逐渐恶化至报废。 ❖ 开式齿轮传动无点蚀的原因：磨损快，来不及产生
防止措❖施：提高表面硬度，减小表面粗糙度，增大润滑油黏度。
防止措施：低速—选高黏度润滑油，高速—选硫化润滑油；
①模数和齿宽适当，保证轮齿强度； 点蚀的产生：接触面积很小→ 接触应力很大→循环次数足够→产生微小疲劳裂纹→裂缝内渗入润滑油→另一齿轮挤压→裂缝内油压急
剧升高→裂纹扩展→表层剥落小块金属→形成小坑。
齿面塑性变形
➢ 产生原因： 材质软，硬度低，载荷大，摩擦力大。
➢ 变形方式： 主动轮-摩擦力背离节线→ 小坑；从动轮-
摩擦力指向节线→凸棱。 ➢ 防止措施：
提高齿面硬度，采用黏度较高的润滑油。
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点蚀产❖生的位置：靠近齿根表面处
失效：齿轮在啮合传动时，发生轮齿折断、齿面损坏，从而失去工作能力的现象。
①齿根处弯曲应力最大；②过渡区应力集中；③交变载荷 失效：齿轮在啮合传动时，发生轮齿折断、齿面损坏，从而失去工作能力的现象。
材质软，硬度低，载荷大，摩擦力大。
一、齿面点蚀
二、齿面磨损
防止措施： 提高表面硬度，减小表面粗糙度，选择亲和力小的材料。
剧升高→裂纹扩展→表层剥落小块金属→形成小坑。 失效：齿轮在啮合传动时，发生轮齿折断、齿面损坏，从而失去工作能力的现象。
（2）齿面不干净（有金属微粒、尘埃、污物） （1）工作齿面间有相对滑动
❖ 点蚀的产生：接触面积很小→ 接触应力很大→循环次数足够→产生微小疲劳裂纹→裂缝内渗入润滑油→另一齿轮挤压→裂缝内油压急
齿轮传动的失效形式和设计准则
小轮比大轮硬度高: 20~50HBS。 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬
齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。
现象：沿轮齿面滑动方向形成沟痕，甚至咬死。
热胶合
原因： 高压、高速，油膜破裂； 摩擦功耗大； 啮合局部高温，金属直接接触， 齿面焊接； 相对运动，撕裂、涂抹，沟痕
冷胶合
低 速 重 载
防止措施：
1. 采用抗胶合性能好的齿轮材料对，材料相同时，使 大、小齿轮保持一定硬度差。（汽车变速箱中的齿 轮选择20CrMnTi钢） 2. 提高表面硬度和表面质量；
抗折断
二、常用齿轮材料
化学元素
锻钢 常用 齿轮 材料 铸钢
含碳量为0.15 % ~0.6%的碳素钢或合金。 一般齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。
常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮 材料（灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁）； 非金属材料 适用于高速、轻载、且要求降低噪 声的场合。 石油工业 油井设备 室内的小电机鱼缸里 用的小马达（尼龙）
胶合失效设计方法还不成熟；
参考德国（DIN3990）、中国（GB6413）、美国
（AGMA217.01）标准设计。
§6-2 齿轮材料
两个问题： ① σF ＝ ? ； σH =? ② [σF] ＝? ； [σH] =?
一．对齿轮材料的要求
“外硬”——齿面要硬
“内韧”——齿芯要韧
抗点蚀、抗磨损、 抗胶合、抗塑性流动
齿面塑性变形实例
二、设计准则
工作条件 软齿面 闭式 传动 主要失效
σF≤[σF] σH≤[σH]
设计准则
弯曲疲劳强度 齿面接触疲劳强度
设计方法
按齿面接触疲劳强度设计 按轮齿弯曲疲劳强度校核 分别按轮齿弯曲疲劳强度 和齿面接触疲劳强度设计 ，取两者中的较大模数
齿轮轮齿的失效
五、轮齿折断
产生原因及现象： 变载（疲劳、 过载）
发生场合：开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动中
小结： 齿 齿面损伤 轮 失 效 形 式 轮齿折断
齿面点蚀 齿面磨损 齿面胶合 塑性变形
齿轮轮齿的失效形式
齿轮传动过程中，若齿轮发生折断、 齿面损坏等现象，则齿轮失去了正常 的工作能力，称为失效。
主要形式：齿面损伤、轮齿折断
一、齿面点蚀
产生的原因及现象：
发生场合：闭式传动
二、齿面磨损
产生原因及现象： 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
发生场合：开式传动
三、齿面胶合
产生原因及现象： 高速重载时散热不好，低速重载时，压 过大，使油膜破坏，金属熔焊在一起而发 生胶合。
发生场合：高速、低速重载齿轮
发生部位：靠近节线的齿顶面
四、齿面塑性变形（飞边）
产生原因及现象： 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
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。
齿轮的失效形式
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。
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2二、齿Biblioteka 磨损1、产生原因及现象： 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A 持润滑油的清洁
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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。
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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）
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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
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
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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，
避免频繁起动A和严重过载
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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。