齒輪傳動(dòng)的失效分析)

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1、一般來(lái)說(shuō)，齒輪傳動(dòng)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(guò)載折斷和隨機(jī)折斷?！て谡蹟啵汗ぷ鲿r(shí)輪齒反復(fù)受載，使得齒根處產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)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^(guò)載折斷：齒輪受到突然過(guò)載，或經(jīng)嚴(yán)重磨損后齒厚減薄時(shí)，輪齒會(huì)發(fā)生過(guò)載折斷?！るS機(jī)折斷：通常是指由于輪齒缺陷、點(diǎn)蝕或其它應(yīng)力集中源在輪齒某部位形成過(guò)高應(yīng)力集中而引起輪齒折斷。斷裂部位隨缺陷或過(guò)高有害殘余應(yīng)力的位置而定，與齒根圓角半徑無(wú)

2、關(guān)?！ぽ嘄X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(guò)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(guò)載折斷的斷口則較粗糙?！ぴ龃簖X根過(guò)渡圓角半徑，減小齒面粗糙度，對(duì)齒根進(jìn)行噴丸或碾壓強(qiáng)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＃嘄X疲勞折斷是閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。2.齒面失效齒面失效常見(jiàn)的失效形式有：點(diǎn)蝕、膠合、齒面磨損和齒面塑性變形

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

4、，繼續(xù)工作后不再發(fā)展或反而消失的點(diǎn)蝕現(xiàn)象。收斂性點(diǎn)蝕只發(fā)生在軟齒面上，一般對(duì)齒輪工作影響不大。擴(kuò)展性點(diǎn)蝕指隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)而繼續(xù)擴(kuò)展的點(diǎn)蝕現(xiàn)象，常在軟齒面輪齒經(jīng)跑合后，接觸應(yīng)力高于接觸疲勞極限時(shí)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(kuò)展性點(diǎn)蝕。嚴(yán)重的擴(kuò)展性點(diǎn)蝕能使齒輪在很短的時(shí)間內(nèi)報(bào)廢?！ぬ岣啐X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(rùn)滑油等，有助于提高齒輪的抗點(diǎn)蝕能力。(2)齒面膠合???齒面膠合是指在重載或高

5、速傳動(dòng)時(shí)，齒面局部金屬焊接繼而又因相對(duì)滑動(dòng)，其齒面的金屬?gòu)钠浔砻姹凰郝洌嘄X表面沿滑動(dòng)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(dòng)速度大而導(dǎo)致瞬時(shí)溫度過(guò)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(yīng)力過(guò)大，相對(duì)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(jiàn)其粘著痕跡；中等膠合的條紋細(xì)淺，肉眼可見(jiàn)；破壞膠合沿齒廓相對(duì)滑動(dòng)方向呈明顯的粘撕溝痕，整個(gè)齒面明顯

6、發(fā)生材料移失現(xiàn)象，振動(dòng)噪音增大，齒輪迅速失效，嚴(yán)重時(shí)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(rùn)滑油，采取有效冷卻，選用合理變位，減小模數(shù)和齒高來(lái)降低滑動(dòng)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(dòng)在工作時(shí)，齒廓表面在嚙合中存在著相對(duì)滑動(dòng)，齒面由此產(chǎn)生摩擦導(dǎo)致齒面磨損。齒面磨損常見(jiàn)的具體形式包括：磨粒磨損、低速磨損和腐蝕磨損。當(dāng)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(kāi)式齒輪傳動(dòng)最常見(jiàn)

7、的失效；閉式傳動(dòng)新齒輪在磨合后未予清洗或密封不良等導(dǎo)致潤(rùn)滑油污染時(shí)，也會(huì)引起磨粒磨損。當(dāng)齒輪圓周速度過(guò)低時(shí)（〈0.5m/s〉，相嚙合齒面間的彈性流體動(dòng)力膜厚很小，會(huì)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(dòng)中。潤(rùn)滑油中的一些活性成分會(huì)和齒輪材料發(fā)生化學(xué)與電化學(xué)作用引起腐蝕磨損。·齒面磨損造成齒厚減薄，齒廓形狀破壞，嚙合側(cè)隙增大，導(dǎo)致振動(dòng)、噪音和沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得齒輪因強(qiáng)度不足而折斷?！X輪工作過(guò)程中，保持清潔，適時(shí)更換潤(rùn)滑油，采用合適的密封和潤(rùn)滑裝置，改善潤(rùn)滑方式，選用粘度較高的潤(rùn)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(guò)大，齒面材料在嚙合過(guò)程中，產(chǎn)生塑性流動(dòng)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?dòng)輪齒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(dòng)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