齿轮失效分析与实例
直齿轮啮合疲劳强度的有限元仿真与失效分析
值 得讨 论． 首先在 ＵＧ环境 下 建立标 准 渐开线 直 齿轮 模 型 ， 运 用 ＵＧ 有 限元 工具对轮 齿进行 再
了齿根 弯 曲疲 劳强度 与齿 面接 触疲 劳强度 的 力 学仿 真 ， 最后 对 虚拟 仿 真 与理 论 算 法 的结 果进
行 了比较 分 析． 结果表 明 ： 齿根 弯 曲应 力和 齿 面接 触应 力分 布 图符 合理 论 推 断 ， 理论 计 算 忽 但 略 了轮 齿受 到的 径 向压应 力 ， 限元仿 真 的边界 栽荷 条件 更 为真 实 ， 结果应 当引入 载荷 因数 有 但 Ｋ． 文在 同一软 件 环境 中实现 了齿 轮 的 Ｃ 本 ＡＤ与 Ｃ ＡＥ， 齿轮 的建 模 、 真提 供 了设 计 参考 为 仿 与 误差 分析 的思路 ， 助 于提 高齿轮设 计 的效 率和 质量． 有
第３ Ｏ卷第 ３期
２１ ０ ０年 Ｏ ６月
西
安
工
业
大
学
学
报
Ｖｏ． ＯＮｏ ３ １３ ．
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＸｉａ ｃ ｎ ｌｇｃ Ｉ ｉｅｓｔ ｏ ｒ ａ ’ ｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｉａ ｖ ｒｉｙ ｏ Ｕｎ
Ｊｎ ００ ｕ ．２ １
文 章 编 号 ： １ ７ —９ ５ ２ １ ）３２ ９０ ６ ３９ ６ （ ０ ０ ０ —３ —４
关键 词 ： 齿轮 ； ＵＧ； 劳强度 ； 限元 分析 疲 有 中图号 ： Ｔ １ ２ ４ ９ Ｐ ３ ． ２ 文献标 志码 ： Ａ
齿轮 啮 合 的 失 效 主要 包 括 轮 齿 折 断 、 面 点 齿
臂梁 的 长度为 ｈ ， 险截 面 的齿厚为 Ｓ 嘲． ，危 ，
蚀 、 合 、 损 、 性 变形 等 ， 中最 主要 的 失效 是 胶 磨 塑 其 齿根疲 劳折 断和 齿 面点蚀 ． 齿轮 其它 部位 （ 轮圈 、 如 轮毂 等 ） 的强度 和刚 度较 为富余 ， 失效 几率 不 大． 齿 轮 理 论 强度 计 算 与加 工 方 法 的研 究 比较 成 熟． 随着计算 机 Ｃ ＡＤ／ ＡＥ技 术 的 发展 ， Ｃ 齿轮 参 数 化 建 模 、 动 仿 真 和 有 限 元 分 析 等 研 究 逐 渐 深 运 入ｌ ． 齿啮合 强 度 的理 论计 算 与虚拟模 型仿 真都 １轮 ］ 基于某 些假 设前 提 ， 果 带 有 较 大 的近 似 性． 对 结 针 齿轮 啮 合 强 度 的 计 算 机 仿 真 及 其 精 确 度 值 得 讨
减速机高速齿轮轴断裂失效分析 靳璇
减速机高速齿轮轴断裂失效分析靳璇摘要：随着社会科学技术的不断发展，减速机在工业生产当中具有较为广泛的应用，但是减速机在使用过程当中高速齿轮轴经常发生断轴现象，甚至带来一定的安全隐患。
为了解决减速机高速齿轮轴断轴问题，首先从材料、装配工艺以及运行维护四个方面对导致减速机高速齿轮轴断裂的因素进行了分析，最后从选择合适的产品、进一步完善减速机的装配工艺以及加强日常管理与维护三个方面论述了具体的解决对策。
关键词：减速机；高速齿轮轴；断裂失效引言某生产企业所用减速机高速轴突然产生早期断裂现象，通过现场查看可知，电机和减速机间的联轴器已完全脱离，且壳体破碎，其它和这一高速轴一同参与运转的齿轮轴，均在事故产生之后发生不同程度的弯曲变形。
此高速轴属于典型的齿轮轴，发生断裂后齿面依然保持完好，未发生变形与断齿。
现围绕这一减速机高速轴实际情况，对其断裂失效作如下深入分析。
1减速机轴失效概况某公司生产的矿用带式输送机在运行90天后，其配套使用的减速机高速轴发生断裂，如图1所示。
该减速机齿轮轴发生断裂属于早期失效事故，远低于设计寿命；为了分析事故原因，避免类似事故再次发生，从材料成分、力学性能、硬度、金相组织、断口形貌等多个方面对断裂轴进行了分析，找到了疲劳源，得出了失效原因，这对类似工况的断裂轴类的分析提供了有益的借鉴。
图1断裂的减速机齿轮轴2减速机高速齿轮轴断裂检测2.1基础资料收集基础资料的收集是进行减速机高速齿轮轴断裂检测工作的重要基础，对后续检测工作的正常开展，以及得到准确的检测结果均有重要作用和意义，应引起相关人员的重视。
此次研究的主要对象为3C710NE型减速机，其速比、输入功率和输入转速分别为2.034、710kW和741r/min。
根据生产单位提交的相关工艺图纸，其硬度需要达到59-62HRC的要求。
2.2主要成分检测对于该减速机，其高速齿轮轴材料为17CrNiMo6，在取样后，用光谱测定仪与碳硫仪进行成分含量测定，测定结果为：碳含量0.18%、锰含量0.57%、硅含量0.27%、磷含量0.011%、硫含量0.003%、铬含量1.73%、镍含量1.55%、钼含量0.28%。
机械基础-齿轮传动失效分析
二、齿面点蚀
产生原因 接触应力——疲劳裂纹 ——裂纹扩展——麻点状小坑
二、齿面点蚀
发生场合及产生部位
发生在：闭式齿轮传动中 靠近节线的齿根面处
二、齿面点蚀
预防措施
提高齿面硬度 降低表面粗糙度值 改善润滑条件 改变设计参数
轮齿折断
齿面点蚀
齿面磨损
齿面胶合
塑性变形
一、轮齿折断
产生原因 疲劳折断 过载折断
一、轮齿折断
硬齿面（齿面硬度＞350HBW）闭式传动齿轮，失效形式是轮齿折断
发生场合及产生部位 发生在：开式齿轮传动和 闭式硬齿面齿轮传动中 直齿轮：全齿折断 斜齿轮：局部折断
一、轮齿折断
硬齿面（齿面硬度＞350HBW）闭式传动齿轮，失效形式是轮齿折断
带式输送机的设计
学习导图
CONTENTS
一、轮齿折断 二、齿面点蚀 三、齿面磨损 四、齿面胶合 五、塑性变形 六、总结
任务导入
某齿轮箱，齿轮使用一段时间后发生如下损坏，请分析失效形式，产生原因， 提出防止失效措施。
任务导入
齿轮设计首要考虑齿轮在传动中不发生失效，常见的齿轮失效一般发生在轮齿 上。
三、齿面磨损
产生原因 硬质微粒进入——轮齿表面磨损
三、齿面磨损
发生场合及产生部位
发生在：开式齿轮传动中 全齿面磨损
三、齿面磨损
预防措施
加防护装置 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
四、齿面胶合
产生原因
压力大，温度升高 ——金属相互粘连 ——粘住的地方被撕破——带状或 大面积的伤痕
四、齿面胶合
齿轮传动失效分析
在 任意 部位 的裂 纹 ， 可 能在 裂 纹 处产 生 应 力 集 中 ， 使 均 促
裂纹 扩展 ， 终导 致 齿 的断 裂 。 最
发 生 点 蚀 的 常 见 原 因 是 齿 表 面 硬 度 不 够 ， 齿 轮 装 配 新
精 度 不符 合 要 求 ，齿 面上 负 载 分 布不 均 匀 以及 频 繁启 动
轮齿 的抗 疲 劳折 断 能力 。
２ 齿 面 疲劳 （ 蚀 、 落 ） 点 剥
由于齿 面 的接触 应 力是 交 变 的 ，经应 力 多次 重 复后 ，
在 节线 附近 靠近 齿 根部 分 的表 面 上 ， 出现 若 干小 裂纹 ， 会
封 闭 在 裂 纹 中 的 润 滑 油 ， 压 力 作 用 下 ， 生 楔 挤 作 用 而 在 产
经 过 一 定 的 载 荷 循 环 后 ， 的 根 部 有 可 能 产 生 裂 纹 。齿 轮 齿
继续 工 作 ， 纹 向根 部纵 深 发展 。当裂纹 削 弱后 的根部 不 裂
能 承 受 弯 曲 应 力 时 ， 就 发 生 断 裂 。 此 外 ， 轮 的 淬 火 裂 齿 齿 纹 、 削 裂 纹 以 及 轮 齿 严 重 磨 损 后 ， 厚 过 分 减 薄 时 产 生 磨 齿
引起 的过载 。 对 于 软 面 齿 轮 ， 载 荷 不 大 时 ， 工 作 初 期 ， 于 相 啮 当 在 由
合 的齿 面 接 触不 良造 成 局部 应 力 过 高 而 出现 麻 点 ， 即早 期 点 蚀 。如果 在 足够 大 的载荷 作 用下 ， 面点 蚀 面积 不断 齿
扩 展 ， 点 数 量 不 断 增 多 ， 蚀 坑 大 而 深 ， 会 发 展 成 破 麻 点 就
坏 性 点蚀 。
齿轮常见故障类型及诊断方法
的应力集中， 交变载荷易使根部产生裂纹最终导致 断裂 ， 裂纹的扩展可以是沿横向的， 也可以是沿斜线 向上 的… 。因此 ， 裂 形 式 可 能是 齿 根 ， 可 能 是 断 也
齿顶 部分 ， 如图 １ 示 。 所
图 ２ 齿 的磨 损 与点 蚀
４ 实例分析
图 ５为齿轮箱实测频谱图， ５ 为修理前的频 图 ａ 谱， 可以看 出， 在各阶啮合频率 附近均有明显的边
带， 且总 的振动 量级 均较 高 ； ５ 图 ｂ是修理后 的结 果 ，
部放大， 用来判断或读出故障的特征信息 。
细化谱边频诊断故障一般从 ２方 面着手 ： １ （）
利用 边带 的对 称性 ， 出 ±ｎ （ 找 ｎ＝１ ２ … ） ， ， 的频
率关 系 ， 确定 是否 成 为一 组 边带 ， 如果 是 边 带 ， 可 则
知道啮合频率 和调制信号频率 ； ２ 比较 各次 （）
测量中边带幅值变化 的趋 势。由此 ２点 ， 就可判断
故 障 的类 型 和故 障发 展 的程 度 。
磨损的因索 ， 故齿轮磨损后齿的几何形状 、 厚度均产
１ 常见故 障类型 和失效 比例
１ 齿的断裂 ， ） 故障比例为 ４ ％ ； １ ２ 齿 面疲 劳 （ ） 点蚀 、 落等 ） 失效 比例 为 ３％ ； 剥 ， １
３ 齿 面划 痕 ， 效 比例 为 １％ ； ） 失 ０ ４ 齿 面磨 损 ， 效 比例 为 １％ ； ） 失 ０
中图 分 类 号 ：Ｈ１２ Ｔ ３
在齿 轮箱 的诊 断 中 ， 几乎 涉 及 了旋转 机 械 中 大
疲 劳 和 过 负荷 断 裂从 本 质上 说 是 由 于设 计 、 制 造 、 配不 良而 引 起 的轴 系 共振 、 的弯 曲 、 装 轴 系统 速 度 的急 剧 变化 、 不平 衡载 荷等原 因造成 的 。
齿轮常见失效原因及维修办法
在机械设备的传动部分，齿轮通常是作为一种变速传动零部件。
因此在我国的机械设备中，齿轮是一种不可替代的传动零部件。
伴随着现阶段我国机械设备对于齿轮的应用范围越来越大，齿轮制作以及发展也是非常的迅速。
但是在实际的设备运行过程中，齿轮往往会由于一系列的原因出现失效问题。
根据相关部门的统计，机械设备的故障中有近一半是由于齿轮失效造成的。
基于上述的情况，我们要对齿轮失效的原因给予详细的分析和处理，选择最优化的维修方法进行齿轮失效维修，保障机械设备的正常运行。
1 、机械设备中的齿轮失效主要原因关于机械设备中的齿轮失效主要原因的阐述以及分析，文章主要从三个方面进行分析以及阐述。
第一个方面是齿轮折断造成的齿轮失效。
第二个方面是齿轮齿面出现损坏造成的齿轮失效。
第三个方面是其他问题造成的齿面失效。
下面进行详细的论述以及分析。
1.1 齿轮折断造成的齿轮失效在实际的应用过程中，齿轮失效中的齿轮折断根据不同的齿轮形式有不同的折断原因。
全齿轮折断通常情况下出现在直齿轮的轮齿处；局部齿轮折断通常出现在斜齿轮以及锥齿轮的轮齿处。
下面作具体的分析。
1.1.1 在齿轮运行过程中会因为过载出现齿轮折断由于过载导致的齿轮折断，在齿轮的折断区域会出现放射状放射区域或者是人字的放射区域。
在通常情况下齿面断裂的放射方向和断裂的方向是平行的。
断面放射中心就是贝壳纹裂的断面断口。
齿轮出现过载折断的主要原因是齿轮在较短的时间内承载的外界压力远远大于齿轮本身的最大压力，过大的压力造成了齿轮强度变低，出现折断的问题。
同时导致齿轮出现折断的原因还有很多，例如齿轮的加工精度不符合要求；齿轮的齿面表面太粗糙和齿轮的加工材质本身存在缺陷等。
1.1.2 在齿轮运行过程中会因为疲劳出现齿轮折断齿轮因为疲劳出现的折断，齿轮断口有三个区域。
第一个区域是断裂源区；第二个区域是疲劳扩展区域；第三个区域是瞬间折断区域。
齿轮出现疲劳折断主要是因为齿轮在一个区域多次承受外界压力，特别是弯曲压力，这样会导致齿轮在齿根处出现变形，一旦外界受力超出了齿轮的齿面疲劳极限，就会发生齿轮折断。
齿轮常见失效形式及其解决方法
齿轮常见失效形式及其解决方法(总2页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除齿轮失效分析与解决方法摘要通过对齿轮失效形式的分析，找出相应解决方法，提高机械传动齿轮质量,延长机械设备的使用寿命。
分析研究失效形式有助于建立齿轮设计的准则，提出防止和减轻失效的措施。
关键词失效；轮齿折断；齿面点蚀；齿面胶合；齿面磨损；齿面塑性变形齿轮是现代机械中应用最广泛的重要基础零件之一。
齿轮类型很多，有直齿轮、斜齿轮、人字齿等，齿面硬度有软齿面和硬齿面，齿轮转速有高有低，传动装置有开式装置和闭式装置，载荷有轻重之分，因此影响因素很多，所以实际应用中会出现各种不同的失效形式。
齿轮的失效主要发生在轮齿部分，其常见失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形五种。
1 轮齿折断轮齿折断有多种形式，在正常情况下，有以下两种：1）过载折断。
因短时过载或冲击载荷而产生的折断。
过载折断的断口一般都在齿根部位。
断口比较平直，并且具有很粗糙的特征。
2）疲劳折断。
齿轮在工作过程中，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，致使轮齿疲劳折断轮齿。
齿面较小的直齿轮常发生全齿折断，齿面较大的直齿轮，因制造装配误差易产生载荷偏置一端，导致局部折断；斜齿轮和人字齿齿轮，由于接触线倾斜，一般是局部齿折断。
为了提高齿轮的抗折断能力，除设计时满足强度条件外，还可采取下列措施：①采用高强度钢；②采用合适的热处理方式增强轮齿齿芯的韧性；③增大齿根过度圆角半径，消除齿根加工刀痕，齿根处强化处理；④加大齿轮模数；⑤采用正变位齿轮。
为避免轮齿折断，设计时要进行轮齿弯曲疲劳强度计算和静弯曲强度计算。
齿面磨损有磨粒磨损和跑合磨损两种。
在齿轮传动中，随着工作环境的不同，齿面间存在多种形式的磨损情况。
齿轮的加工方法、失效形式
措施：
提高齿面硬度； 采用粘度大的润滑油
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。
措施：
增大齿根圆角半径，消除加工刀痕降低应力集中； 增大轴及支撑物的刚度以减轻局部过载的程度； 对齿面进行表面处理以提高齿面硬度；
齿轮失效形式的综合分析
开式齿轮
闭式齿轮（硬度较低时 HBS<350）
闭式齿轮（硬度较高时 HBS>350） 高速重载
齿面磨损和轮齿折断 齿面疲劳点蚀
齿轮弯曲折断，也可能 发生齿面疲劳 可能胶合失效
齿轮的润滑方式
当V<12m/s，多采用油池润滑。浸入深度为1-2个齿高，但不小于 10mm；
当V较小时（0.5-0.8m/s），多级齿轮传动，可以采用惰轮 传动；
当V>12m/s 时，采用强制喷油润滑。
二、齿面磨损 齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。
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。
措施：
提高齿面硬度，降低齿面粗糙度； 采用黏度大的润滑油； 改善冷却方式，限制油温。
四、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。
圆柱齿轮的加工方法
活动三 渐开线齿轮失效形式
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、齿面塑变 五、轮齿折断
一、齿
提高齿面硬度，降低齿面粗糙度； 采用黏度较大的润滑油；
齿轮传动的润滑遵循以下原则：
按照机器的规定的牌号、规定的油量，定期加油； 不得使用混杂不洁的油，油箱内的脏油要定期更换； 要经常检查润滑系统，注意观察齿轮传动的工作状 况，如果出现不正常的噪音和冲击、箱体过热，要 及时加以排除。
- 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)。
引起冷塑变形。
料的屈服极限。
轮齿折断：齿轮一个或多个齿的整体或局部断裂。
疲劳折断：起源于齿根处的疲 高的交变应力多次作用的结 修改齿轮几何参数，降低齿
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
劳裂纹扩展造成的断齿。 果，齿根圆角半径过小，表 根表面粗糙度，正确的喷丸
面粗糙度过高，滚切加工时 处理，适当的热处理消除残
图 30 图中所示的表面淬硬偏轴伞齿轮产生 的齿面波纹皱、波纹、起棱、冷变形是高负 载齿轮上出现的典型现象
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
图 31 表面淬硬齿轮有起棱是由于过载造成
图 32 图示是中等硬度齿轮发生冷变形的过 程情况，此类齿轮较硬化齿轮更易产生齿面 金属移动现象，图中可以看出材料已卷到齿 顶边上，造成齿型损坏，重载是引起金属移 动的主因
表3 齿轮失效分布图
13%
24%
15% 20%
疲劳24%
撞击15%
麻点、剥落、渗碳层压碎 20% 外物落入齿合区10%
过量磨损、划伤、擦伤18%
其他13%
附录一：图例 附录二：齿轮失效分析实例
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
图例
图 1 因润滑不良或啮合不正确引起的粘附 磨损
图 2 齿面的中等磨损使节线变得清晰可见 （箭头所示）多数由润滑油中磨料引 起与实例
失效分析已从一门综合技术发展成为一门新兴的综合性的学科。它研究失效 的形式、机理、原因，并提出预测和预防失效的措施，称为失效学。因此，它是 涉及广泛学科领域和技术范畴的学科。失效分析与其他学科的关系如图所示。
齿轮是传递运动和动力的重要零件，齿轮种类较多，工作环境不同，因此有 多种不同的失效形式，失效类型由失效齿轮的形貌和失效过程或机理确定的，失 效机理确定后，就可以确定失效原因，提出相应的对策。
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
图 43 齿轮表面的肿包芒刺和隆起是出现在精加 工后的齿轮由于放置粗心使齿的棱边碰伤而致
图 44 右侧图是正常齿轮啮合情况，左侧图和中位图都是齿接触不良好的啮合情况，其接触 面集中在齿面的一端，会造成齿轮高速度运转时的尖叫噪音，但此类磨损一般不会造成进一 步的损坏事故
有损伤，材料中有夹杂物， 余应力。
残余应力影响。
过载断齿：断口较粗糙无疲劳 高的交变应力多次作用的结 修改齿轮几何参数，降低齿
断裂的特征。
果，齿根圆角半径过小，表 根表面粗糙度，正确的喷丸
面粗糙度过高，滚切加工时 处理，适当的热处理消除残
有损伤，材料中有夹杂物， 余应力。
残余应力影响。
18% 10%
图 18 渗碳层初始形式见左侧示图，最后阶 段剥落形式见右侧示图。初步分析可以判断 为过载造成，详细分析应作金相分析
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
图 19 图示是典型的疲劳损坏，其特点是有 光滑的区域，过载和振动是造成损坏的原因
图 20 图示小齿轮中箭头所示三个齿发生疲 劳损坏，其余齿面是轻微的磨损
料缺陷，齿面软硬的过度层 力集中。
中裂纹的延伸扩展。
塑性变形：在过大应力作用下，轮齿材料因屈服产生塑性流动，而形成齿面和齿体的变形。
碾击塑变：在齿顶棱和齿端出 滚碾冲击作用，接触应力过 减小接触应力，提高材料硬
现飞边，齿顶滚圆节线附近有 高， 轮齿材料硬度过低，动 度 降低动载荷，采用极压添
沟槽、脊棱。
图 7 一种磨料磨损特别严重的形式轮齿的 大部分由于润滑剂中的磨料磨粒而损 坏
图 8 由润滑剂里的添加剂和污染物引起齿 面的腐蚀磨损
图 9 齿轮表面由于受化学腐蚀而损伤，一般 因润滑油、添加剂等引起，对齿面影 响极大并其发展趋势越来越严重
图 10 齿面麻点由很小的坑穴组成这些麻点 经过起初阶段后经常会“自痊”变好
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
图 25 图所示断齿和另一齿上的裂纹，断齿 的断面不是光滑的，说明是一个瞬间的突然 断裂。图中可以观察到断面含有显著的夹渣 带（材料含杂质）它的作用象刻痕一样促进 缺陷的发展
图 26 齿面淬硬的齿轮的疲劳断裂，始于齿 根处，出现在图示箭头所指的齿的两侧，进 一步向齿根的中部发展而造成断裂。金相分 析可有助于进一步找出齿断裂的深层原因
图 33 中等硬度的齿轮由于碾压与撞击造成 表面变形，开始时由于超载造成初步损伤， 长期超载使用，硬度不够、造成变形
图 34 剧烈、过大的接触应力使齿轮表面产 生塑性流动，形成波纹，在齿面中心部位还 有表面材料碎裂的剥落产生，过载是主因
图 35 渗碳齿轮在节线附近产生麻点，沿节 线的波纹和齿顶轻微的粘附磨损显著可见， 超载是主因
表 1 齿轮折断的类型
分类
失效分析
磨损
轻微磨损 中等磨损 过度磨损 磨粒磨损
表面疲劳 塑性变形
折断
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
腐蚀磨损 轻微胶合 中等胶合 破坏性胶合 局部胶合 早期点蚀 破坏性点蚀
剥落 碾击塑变
鳞皱 起脊 齿面塑变 疲劳折断 过载折断
表 2 失效的特征、部位及对策
损伤类型
方向形成明显的脊棱。
中，准双曲线齿轮传动中， 大、有极压添加剂的润滑油，
高接触应力和低滑动速度， 保证润滑油的清洁度。
不良润滑材料的塑性流动。
齿体塑变：轮齿歪扭，齿形剧 润滑失常造成剧烈的升温引 充分的润滑，提高润滑油的
变，硬齿面轮齿伴有变色现 起轮齿热塑变形，过大载荷 粘度，对冷塑变形应提高材
象。
磨粒磨损：轮齿接触表面沿滑 齿面间异物引起磨粒磨损， 改善润滑方式，提高润滑油
动方向有较均匀的条痕多次 在 开 式 齿 轮 传 动 中 更 为 严 粘度，提高工作速度，减轻
磨擦条痕重叠。
重。
载荷跑合后注意清洗，适时
换油开式齿轮箱采取适当防
护。
腐蚀磨损：齿面上呈现均匀分 轮齿材料发生电化学反应， 防止油液污染，添加剂的成
图 40 折断是齿轮尖部载荷过大造成，原因 是侧隙过小。同时，如振动载荷也可能造成 上述损坏，甚至整个环状轮齿断裂
图 41 因润滑不充分，齿轮之间的不正常磨 擦产生热，使金属软化，使齿面擦伤。磨损 的小齿轴轴承使小齿轮产生轴向位移，造成 齿环接触不正确，此类损坏，扭矩过大是原 因之一
图 42 环齿出现变色和变形，原因是润滑不 充分或油品不正确。表面过分摩擦和出现过 热是原因
斜造成偏载。
破坏性点蚀：靠近节线的齿根 齿面接触应力过大，节线附 提高齿面硬度，降低粗糙度
表面上，麻点不断扩展，噪声 近滑动速度方向变化，油膜 改善润滑。
增大。
不易形成。
剥落：齿面上材料成片状剥离。
剥落：形状不规则的片状剥落 硬齿面上过高的接触应力作 承载力不足应考虑重新设计
坑，较浅平而大的坑。
用，疲劳裂纹扩展形成，材 提高轮齿芯部硬度，减小应
合的现象，并不延伸、扩展。 荷集中，鼓形齿修形量过大， 散热应均匀，油的冷却与供
齿宽较大，局部温升引起变 油部位应适当。
形。
点蚀：齿面呈点状的齿面疲劳损伤。
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
早期点蚀：有较小、数量不多 啮合齿面局部过载，齿形误 提高齿形精度，精心跑合。
的麻点。
差， 齿面凸凹不平，轴线歪
图 11 麻点产生在斜齿面的一端，原因是中 心线稍有失调麻点慢慢向中部进展表 面变抛光说明载荷沿齿面分配变均匀 这种麻点无害
图 12 图中有害的麻点是由过载造成的
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
图 13 图内所示是由麻点毁坏的齿面
图 14 齿根发生麻点，其原因是接触应力过 啮合区域不正确，过载是主要原因
图 15 左图箭头所示是齿面剥落的第一阶段， 图 16 齿面产生严重的麻点和剥落在相邻齿 在齿的接触区域有扩展的裂纹，右图所示当 面上齿面被彻底损坏 大片碎片脱落时，齿面就彻底破坏了
图 17 图中所产生的齿面纵向裂纹是硬齿面 的渗碳层压碎，裂纹从渗碳层深部向表面延 伸，裂纹进一步发展将产生大块碎片从表面 脱落
齿轮失效类型可以分为四大类，磨损、表面疲劳、塑性变形和折断。每一大 类还可细分为几类，进而使分类更加精细和明确辨别特征失效的类型可见表一。 失效的特征、部位及对策见表二。齿轮的失效损伤除了以上类型和特征外，还可 有其他形式的损伤，如随机断裂各种材质缺陷造成的损伤、加工工艺不当造成的 淬火裂纹、磨削裂纹等。但此类损伤如在加工过程中加强质检是可以避免的，因 此在表二中未予列出。
图 21 图示油泵齿轮因疲劳而断裂断裂，从 齿根圆角处延伸到齿轮中心孔，齿面还伴随 有严重磨损
图 22 齿根的疲劳裂纹见图示箭头所示，造 成缺陷原因应进行金相分析
图 23 由于过度、重复重载引起齿轮折断， 在图示 A 的部位，可以看到因疲劳裂纹首先 折断的部位（断面光滑似天鹅绒般的区域）
图 24 疲劳折断的齿轮见图示，箭头指明方 向表示裂纹从左边缘开始，靠近齿受压侧的 底部，箭头指示部位是裂源，旁边区域是受 到充分的磨擦，裂纹起初发展缓慢
都有一定磨损，节线位置呈现 作，润滑系统中有小量的污 加入适当的添加剂，加强油
出一条近于连续的线。
染杂质。
液清洁度管理。
过度磨损：齿廓形状破坏，磨 润滑系统和密封装置不良， 对污染杂质增设过滤装置，
损率很高，节线附近有点蚀， 系统有严重振动，冲击载荷。 适时更换润滑油。
传动有噪音和振动。
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆
图 3 由于润滑不良和重压力下造成金属与 金属直接接触而产生该伤，图中磨损 表面的水平线是节线
图 4 划伤的早期阶段在齿轮上部显示出斑 点的覆霜似样式损伤在这个阶段是轻 微的
图 5 破坏性的刻伤如图重的刻伤发生在节 线以上或以下通常损伤会迅速发展至 齿轮不能使用
图 6 一种磨料轻微磨损的形式
齿轮失效分析与实例 试验分析部：袁红昆