齿轮传动失效分析及预防

张云秀

（潍坊工程职业学院 山东 青州 262500）

齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式，它具有传动平稳、传动比准确、承载能力强、工作效率高、结构紧凑等优点。但齿轮在传动过程中也会出现传动失效的问题，且失效形式是多种多样的。齿轮齿圈、轮辐、轮毂部分的结构尺寸通常是经验设计的，其强度和刚度较为富裕，因此在传动中极少失效。齿轮传动的主要失效部位为轮齿，根据轮齿失效部位的不同分为齿体失效和齿面失效。

1 轮齿折断

轮齿折断的类型有两种：疲劳折断和过载折断。疲劳折断是由于轮齿受重复弯曲应力作用，当弯曲应力超过材料疲惫极限时，在轮齿齿根受拉一侧就会产生疲劳裂纹，在齿根应力集中处，裂纹加速扩展，直至轮齿折断。过载折断是由于轮齿受短时意外严重过载或冲击时，齿轮材料较脆时，轮齿突然折断。轮齿折断常发生在闭式硬齿面及开式齿轮传动中轮齿受拉应力一侧的齿根部位。对于齿宽较小的直齿轮常发生全齿折断，对于齿宽较大的直齿轮、斜齿轮常发生部分齿折断。

防止轮齿折断，提高抗断齿能力的措施：①当分度圆直径为定值时，减小齿轮齿数并增大齿轮模数，以便增大齿根齿厚，进而提高齿根弯曲疲劳强度；②采用正变位的方法加工齿轮，以提高齿根抗弯强度；③提高齿面硬度，进而提高齿面接触疲劳强度；④增大齿根处圆角半径，以减小应力集中；⑤提高加工精度，降低表面粗糙度，减少加工损伤，避免应力集中；⑥提高轮齿精度和齿轮支撑刚度，进而改善轮齿载荷分布；⑦对齿轮齿根进行强化处理；⑧对齿轮齿芯进行热处理，提高其韧性。

2 齿面点蚀

齿面点蚀是由于齿面受到脉动循环接触应力作用，当接触应力超过材料的接触疲劳极限时，就会产生细微裂纹，这时润滑油进入裂缝，形成高压封闭油腔，润滑油的楔挤作用使裂纹扩展，直至齿面材料点状剥落。齿面点蚀常发生在闭式软齿面齿轮靠近节线的齿根面上。之所以靠近节线是由于齿轮传动重合度小于2，节线处一般只有一对齿啮合，接触应力较大；同时由于节线处做纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。开式齿轮传动无齿面点蚀，原因是开式齿轮传动齿面磨损速度大于点蚀速度。

提高齿面抗点蚀能力的措施：①提高齿面硬度可增大作用接触应力，进而提高齿面接触疲劳强度；②采用正变位传动，减少接触应力，进而提高齿面接触疲劳强度；③提高润滑油粘度；④提高齿轮加工精度，降低表面粗糙度。

3 齿面磨损

齿面磨损有两种类型：磨粒磨损、研磨磨损。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式，它是由于齿轮长期暴露在外面，砂粒、金属碎屑、灰尘等硬颗粒进入齿面而引起的齿面磨损。研磨磨损是由于齿面相互搓削引起的，它是一种不可避免的损耗现象。齿面磨损会使齿廓失真，瞬时传动比不固定，从而导致传动精度低，产生冲击、振动、噪音等。如果齿面磨损进一步加剧，会使得轮齿变薄，齿根弯曲疲劳强度降低，容易发生轮齿折断。

提高齿面抗磨损能力的措施：①对开式齿轮传动安装防尘罩；②采用耐磨材料；③注意润滑油的清洁和定期更换，可在其中添加减摩剂；④提高齿轮加工精度，降低轮齿表面粗糙度；⑤减小滑动系数。

4 齿面胶合

齿面胶合分为冷胶合和热胶合。在高速重载的齿轮传动中，较高的速度使得啮合区温升较大，润滑油粘度降低，油膜遭到破坏，金属表面直接接触而熔焊，此时齿面间的相对运动使得较软的齿面沿着滑动方向撕脱，形成沟痕，这种现象即为热胶合。而在低速重载的齿轮传动中，由于齿轮传动功率较大，速度较低，齿面间不易形成油膜，而出现冷粘着，这种现象即为冷胶合。齿面胶合会使传动不平稳，甚至导致齿轮报废。

提高齿面抗胶合能力的措施：①优选抗胶合能力强的材料；②选用粘度大的或极压润滑油；③增大齿面硬度可提高许用接触应力，进而提高齿面接触疲劳强度；④采用变位齿轮，降低齿高，减小滑动系数。

5 齿面塑性变形

在软齿面齿轮传动中，在重载荷作用下，齿面间的应力超过了材料屈服极限，较硬一侧的齿面沿摩擦力方向推挤较软一侧齿面而产生塑性流动，这种现象即为齿面塑性变形。齿面塑性变形常发生在低速重载或过载的软齿面齿轮传动中。

避免齿面塑性变形的措施：①提高齿面硬度；②选用粘度大的润滑油。