齒輪傳動的失效分析)

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1、一般來說，齒輪傳動的失效主要發(fā)生在輪齒上。輪齒部分的失效形式分為兩大類：輪齒折斷，齒面失效。1.輪齒折斷折斷失效通常有輪齒的彎曲疲勞折斷、過載折斷和隨機折斷?！て谡蹟啵汗ぷ鲿r輪齒反復受載，使得齒根處產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴展以至輪齒折斷的失效。疲勞裂紋多起源于齒根受拉的一側(cè)?！み^載折斷：齒輪受到突然過載，或經(jīng)嚴重磨損后齒厚減薄時，輪齒會發(fā)生過載折斷?！るS機折斷：通常是指由于輪齒缺陷、點蝕或其它應力集中源在輪齒某部位形成過高應力集中而引起輪齒折斷。斷裂部位隨缺陷或過高有害殘余應力的位置而定，與齒根圓角半徑無

2、關。·輪齒折斷的形式有整體折斷和局部折斷。整體折斷多發(fā)生于直齒輪，局部折斷多發(fā)生于斜齒和人字齒輪，齒寬較大的直齒輪和由于安裝、制造因素使得局部受載過大的直齒輪，也可能發(fā)生局部折斷。疲勞折斷的斷口較光滑，過載折斷的斷口則較粗糙?！ぴ龃簖X根過渡圓角半徑，減小齒面粗糙度，對齒根進行噴丸或碾壓強化處理消除該處的加工刀痕，選用韌性較好的材料，采用合理的變位等，均有助于提高輪齒的抗折斷能力?！ねǔ?，輪齒疲勞折斷是閉式硬齒面齒輪傳動的主要失效形式。2.齒面失效齒面失效常見的失效形式有：點蝕、膠合、齒面磨損和齒面塑性變形

3、。(1)點蝕????齒輪在嚙合過程中，相互接觸的齒面受到周期性變化的接觸應力的作用。若齒面接觸應力超出材料的接觸疲勞極限時，在載荷的多次重復作用下，齒面會產(chǎn)生細微的疲勞裂紋；封閉在裂紋中的潤滑油的擠壓作用使裂紋擴大，最后導致表層小片狀剝落而形成麻點，這種疲勞磨損現(xiàn)象，齒輪傳動中稱為點蝕（圖9.3-13）。節(jié)線靠近齒根的部位最先產(chǎn)生點蝕。潤滑油的粘度對點蝕的擴展影響很大，點蝕將影響傳動的平穩(wěn)性并產(chǎn)生沖擊、振動和噪音，引起傳動失效?！c蝕又分為收斂性點蝕和擴展性點蝕。收斂性點蝕指新齒輪在短期工作后出現(xiàn)點蝕痕跡

4、，繼續(xù)工作后不再發(fā)展或反而消失的點蝕現(xiàn)象。收斂性點蝕只發(fā)生在軟齒面上，一般對齒輪工作影響不大。擴展性點蝕指隨著工作時間的延長而繼續(xù)擴展的點蝕現(xiàn)象，常在軟齒面輪齒經(jīng)跑合后，接觸應力高于接觸疲勞極限時發(fā)生。硬齒面齒輪由于材料的脆性，凹坑邊緣不易被碾平，而是繼續(xù)碎裂成為大凹坑，所以只發(fā)生擴展性點蝕。嚴重的擴展性點蝕能使齒輪在很短的時間內(nèi)報廢。·提高齒面硬度和降低表面粗糙度，在許可的范圍內(nèi)增大相互嚙合齒輪的綜合曲率半徑，采用粘度較高的潤滑油等，有助于提高齒輪的抗點蝕能力。(2)齒面膠合???齒面膠合是指在重載或高

5、速傳動時，齒面局部金屬焊接繼而又因相對滑動，其齒面的金屬從其表面被撕落，輪齒表面沿滑動方向出現(xiàn)粗糙溝痕的現(xiàn)象。·在高速重載情況下工作的齒輪，由于其滑動速度大而導致瞬時溫度過高，使油膜破裂而產(chǎn)生粘焊，從而引起的膠合稱為熱膠合。在低速重載情況下，由于齒面應力過大，相對速度低，油膜不易形成，使接觸處產(chǎn)生了局部高溫而發(fā)生的膠合，稱為冷膠合。膠合從程度上可分為輕微膠合、中等膠合和破壞膠合。輕微膠合需要借助于顯微鏡才能見其粘著痕跡；中等膠合的條紋細淺，肉眼可見；破壞膠合沿齒廓相對滑動方向呈明顯的粘撕溝痕，整個齒面明顯

6、發(fā)生材料移失現(xiàn)象，振動噪音增大，齒輪迅速失效，嚴重時發(fā)產(chǎn)咬死。·提高齒面硬度，降低表面粗糙度，采用有抗膠合添加劑的潤滑油，采取有效冷卻，選用合理變位，減小模數(shù)和齒高來降低滑動速度，選用抗膠合性能好的材料等，有助于提高齒輪的抗膠合能力。(3)齒面磨損????齒輪傳動在工作時，齒廓表面在嚙合中存在著相對滑動，齒面由此產(chǎn)生摩擦導致齒面磨損。齒面磨損常見的具體形式包括：磨粒磨損、低速磨損和腐蝕磨損。當金屬微粒、灰塵、異物等落入相嚙合的齒面之間，它們將起到磨料的作用從而引起齒面磨粒磨損。磨粒磨損是開式齒輪傳動最常見

7、的失效；閉式傳動新齒輪在磨合后未予清洗或密封不良等導致潤滑油污染時，也會引起磨粒磨損。當齒輪圓周速度過低時（〈0.5m/s〉，相嚙合齒面間的彈性流體動力膜厚很小，會引起齒面材料的連續(xù)性磨損，稱為低速磨損，它通常發(fā)生在低速傳動中。潤滑油中的一些活性成分會和齒輪材料發(fā)生化學與電化學作用引起腐蝕磨損?！X面磨損造成齒厚減薄，齒廓形狀破壞，嚙合側(cè)隙增大，導致振動、噪音和沖擊，嚴重時會使得齒輪因強度不足而折斷?！X輪工作過程中，保持清潔，適時更換潤滑油，采用合適的密封和潤滑裝置，改善潤滑方式，選用粘度較高的潤滑劑和

8、合適的極壓添加劑，選用合適的材料等，有助于減輕齒面的磨損。(4)齒面塑性變形????由于載荷和摩擦力過大，齒面材料在嚙合過程中，產(chǎn)生塑性流動從而造成齒面形狀損壞，齒面塑性變形。一般發(fā)生在軟齒面齒輪上?！び捎谥鲃虞嘄X齒面上所受到的摩擦力背離節(jié)線，分別朝向齒頂和齒根作用，因此產(chǎn)生塑性變形后，齒面上節(jié)線附近就下凹；從動輪輪齒表面所受到的摩擦力則分別由齒頂及齒根朝向節(jié)線作用，產(chǎn)生塑性變形之后，齒面上節(jié)線附近就上凸。這種失效常在低速重載