泰興減速機2018年9月19日訊  齒輪是傳遞運動和動力的重要零件，齒輪種類較多，工作環境不同，因此有多種不同的失效形式。失效類型由失效齒輪的形貌和失效過程或機理確定的，失效機理確定后就可以確定失效原因提出相應的對策。

齒輪失效類型可以分為四大類：磨損表面、疲勞、塑性變形和折斷。每一大類還可細分為幾類，進而使分類更加精細和明確辨別特征。

磨損?

• 輕微磨損?

• 中等磨損?

• 過度磨損?

• 磨粒磨損?

• 腐蝕磨損?

• 輕微膠合?

• 中等膠合?

• 破壞性膠合?

• 局部膠合

表面疲勞?

• 早期點蝕?

• 破壞性點蝕?

• 剝落

塑性變形?

• 碾擊塑變?

• 鱗皺?

• 起脊?

• 齒面塑變

折斷?

• 疲勞折斷?

• 過載折斷

1、輕微磨損：接觸表面上的微凸體逐漸磨平，直至出現非常光滑的表面為止。

原因：輪齒接觸表面的粗糙度與潤滑粘度、齒面工作速度、工作載荷不匹配；

對策：此為輕微磨損過程，可適時更換潤滑劑。

2、中等磨損：節線上下齒面材料都有一定磨損，節線位置呈現出一條近于連續的線。

原因：齒輪在邊界潤滑狀態下工作，潤滑系統中有小量的污染雜質；

對策：提高潤滑油粘度，降低油溫，加入適當的添加劑，加強油液清潔度管理。

3、過度磨損：齒廓形狀破壞，磨損率很高，節線附近有點蝕，傳動有噪音和振動。

原因：潤滑系統和密封裝置不良，系統有嚴重振動，沖擊載荷；

對策：對污染雜質增設過濾裝置，適時更換潤滑油。

4、磨粒磨損：輪齒接觸表面沿滑動方向有較均勻的條痕，多次磨擦條痕重疊。

原因：齒面間異物引起磨粒磨損，在開式齒輪傳動中更為嚴重；

對策：改善潤滑方式，提高潤滑油粘度，提高工作速度，減輕載荷，跑合后注意清洗，適時換油，開式齒輪箱采取適當防護。

5、腐蝕磨損：齒面上呈現均勻分布的腐蝕麻坑，齒面沿滑動方向伴有腐蝕痕跡。

原因：輪齒材料發生電化學反應，由磨擦、沖刷形成腐蝕磨損，高溫時極壓添加劑形成磨蝕介質；

對策：防止油液污染，添加劑的成分和含量適當，建立合理的工藝規程。

1、輕微膠合：靠近齒頂或齒根的齒面上沿滑動方向有極輕微而細密的傷痕（一條喑帶），有時要借助顯微鏡才能見到痕跡。

原因：運轉初期潤滑條件與工作情況不協調或輕微干涉存在而引起；

對策：控制起動過程的潤滑及載荷，排除干涉的起因。

2、中等膠合：齒頂部、齒根部均有滑動方向的粘撕傷痕，較軟齒面更明顯。

原因：齒輪嚙合處局部溫度過高，破壞潤滑油膜；

對策：降低油溫使用極壓添加劑的潤滑油，降低齒面表面粗糙度，降低載荷及速度。

3、破壞性膠合：沿滑動方向呈現明顯粘撕痕跡，齒頂有明顯的材料移失跡象，齒廓毀壞，振動、噪音增大。

原因：潤滑不充分、工作溫度過高，齒面接觸應力或速度過高引起的過熱；

對策：保證一定條件下良好的潤滑，采用極壓或特殊高粘度的潤滑油。

4、局部膠合：局部區域有齒面膠合的現象，并不延伸、擴展。

原因：由于安裝制造誤差引起載荷集中，鼓形齒修形量過大，齒寬較大，局部溫升引起變形；

對策：安裝精度適當，修形量適當，散熱應均勻，油的冷卻與供油部位應適當。

1、早期點蝕：有較小數量不多的麻點。

原因：嚙合齒面局部過載，齒形誤差，齒面凸凹不平，軸線歪斜造成偏載；

對策：提高齒形精度，精心跑合。

2、破壞性點蝕：靠近節線的齒根表面上，麻點不斷擴展，噪聲增大。

原因：齒面接觸應力過大，節線附近滑動速度方向變化，油膜不易形成；

對策：提高齒面硬度，降低粗糙度，改善潤滑。

剝落：形狀不規則的片狀剝落坑，較淺平而大的坑。

原因：硬齒面上過高的接觸應力作用，疲勞裂紋擴展形成，材料缺陷，齒面軟硬的過度層中裂紋的延伸擴展；

對策：承載力不足應考慮重新設計，提高輪齒芯部硬度，減小應力集中。

1、碾擊塑變：在齒頂棱和齒端出現飛邊，齒頂滾圓，節線附近有溝槽、脊棱。

原因：滾碾沖擊作用，接觸應力過高，輪齒材料硬度過低，動載荷太大以及潤滑不良；

對策：減小接觸應力，提高材料硬度，降低動載荷，采用極壓添加劑和高粘度潤滑油，保證制造、安裝精度。

2、鱗皺：齒面塑變呈魚鱗狀皺紋，并垂直于滑動速度方向。

原因：潤滑不良及高壓強作用，齒面“爬行”的結果，低速度、振動引起齒面塑性流動；

對策：提高齒面硬度，改善潤滑，提高速度，控制齒面的振動。

3、起脊：整個工作齒面上沿滑動方向形成明顯的脊棱。

原因：常發生在重載的蝸桿傳動中，準雙曲線齒輪傳動中，高接觸應力和低滑動速度，不良潤滑材料的塑性流動；

對策：提高材料的硬度。采用粘度大，有極壓添加劑的潤滑油，保證潤滑油的清潔度。

4、齒體塑變：輪齒歪扭，齒形劇變，硬齒面輪齒伴有變色現象。

原因：潤滑失常造成劇烈溫升引起輪齒熱塑變形，過大載荷引起冷塑變形；

對策：充分的潤滑，提高潤滑油的粘度，對冷塑變形應提高材料的屈服極限。

1、疲勞折斷：起源于齒根處的疲勞裂紋擴展造成的斷齒。

原因：高的交變應力多次作用的結果，齒根圓角半徑過小，表面粗糙度過高，滾切加工時有損傷，材料中有夾雜物，殘余應力影響；

對策：修改齒輪幾何參數，降低齒根表面粗糙度，正確的噴丸處理，適當的熱處理消除殘余應力。

2、過載斷齒：斷口較粗糙無疲勞斷裂的特征。

原因：短時意外過載造成嚴重應力集中，動載荷過大，較大硬質異物進入嚙合處；

對策：避免突然的意外過載，設置安全裝置。

圖1：因潤滑不良或嚙合不正確引起的粘附磨損

圖2：齒面的中等磨損使節線變得清晰可見（箭頭所示），多數由潤滑油中磨料引起

圖3：由于潤滑不良和重壓力下造成金屬與金屬直接接觸而產生該傷，圖中磨損表面的水平線是節線

圖4：劃傷的早期階段在齒輪上部顯示出斑點的覆霜似樣式，損傷在這個階段是輕微的

圖5：破壞性的刻傷如圖，重的刻傷發生在節線以上或以下，通常損傷會迅速發展至齒輪不能使用

圖6：一種磨料輕微磨損的形式

圖7：一種磨料磨損特別嚴重的形式，輪齒的大部分由于潤滑劑中的磨料磨粒而損壞

圖8：由潤滑劑里的添加劑和污染物引起齒面的腐蝕磨損

圖9：齒輪表面由于受化學腐蝕而損傷，一般因潤滑油、添加劑等引起，對齒面影響極大，并其發展趨勢越來越嚴重

圖10：齒面麻點由很小的坑穴組成，這些麻點經過起初階段后經常會“自痊”變好

圖11：麻點產生在斜齒面的一端，原因是中心線稍有失調，麻點慢慢向中部進展，表面變拋光，說明載荷沿齒面分配變均勻，這種麻點無害

圖12：圖中有害的麻點是由過載造成的

圖13：圖內所示是由麻點毀壞的齒面

圖14：齒根發生麻點，其原因是接觸應力過大和嚙合區域不正確，過載是主要原因

圖15：左圖箭頭所示是齒面剝落的第一階段，在齒的接觸區域有擴展的裂紋，圖所示當大片碎片脫落時齒面就徹底破壞了

圖16：齒面產生嚴重的麻點和剝落，在相鄰齒面上齒面被徹底損壞

圖17：圖中所產生的齒面縱向裂紋是硬齒面的滲碳層壓碎，裂紋從滲碳層深部向表面延伸，裂紋進一步發展將產生大塊碎片從表面脫落

圖18：滲碳層初始形式見左側示圖，最后階段剝落形式見右側示。圖初步分析可以判斷為過載造成詳細分析應作金相分析

圖19：圖示是典型的疲勞損壞，其特點是有光滑的區域，過載和振動是造成損壞的原因

圖20：圖示小齒輪中箭頭所示三個齒發生疲勞損壞，其余齒面是輕微的磨損

圖21：圖示油泵齒輪因疲勞而斷裂，斷裂從齒根圓角處延伸到齒輪中心孔，齒面還伴隨有嚴重磨損

圖22：齒根的疲勞裂紋見圖示箭頭所示，造成缺陷原因應進行金相分析

圖23：由于過度、重復重載引起齒輪折斷，在圖示A的部位，可以看到因疲勞裂紋首先折斷的部位（斷面光滑似天鵝絨般的區域）

圖24：疲勞折斷的齒輪見圖示，箭頭指明方向表示裂紋從左邊緣開始，靠近齒受壓側的底部，箭頭指示部位是裂源，旁邊區域是受到充分的磨擦，裂紋起初發展緩慢

圖25：圖所示斷齒和另一齒上的裂紋，斷齒的斷面不是光滑的，說明是一個瞬間的突然斷裂，圖中可以觀察到斷面含有顯著的夾渣帶（材料含雜質）它的作用象刻痕一樣促進缺陷的發展

圖26：齒面淬硬的齒輪的疲勞斷裂，始于齒根處，出現在圖示箭頭所指的齒的兩側，進一步向齒根的中部發展而造成斷裂。金相分析可有助于進一步找出齒斷裂的深層原因

圖27：圖中齒頂已碎掉，過載產生的過大應力引起裂紋，進一步的疲勞造成裂紋的發展，直至齒頂破碎，如果此過程在短時間內發生，表明齒面硬度過高，可通過金相分析來驗證

圖28：圖示滲碳齒輪角部已被敲掉，表明齒角在破裂之前受到多次重復的沖擊（撞擊），此時不適當的撞擊是造成破壞的原因

圖29：淬硬正齒輪斷面上呈灰色顆粒狀外觀的是典型的撞擊缺陷造成，而疲勞破壞斷裂區有明顯的光滑外觀，這兩者有顯著區別

圖30：圖中所示的表面淬硬偏軸傘齒輪產生的齒面波紋皺、波紋、起棱、冷變形是高負載齒輪上出現的典型現象

圖31：表面淬硬齒輪有起棱是由于過載造成的

圖32：圖示是中等硬度齒輪發生冷變形的過程情況，此類齒輪較硬化齒輪更易產生齒面金屬移動現象，圖中可以看出材料已卷到齒頂邊上，造成齒型損壞，重載是引起金屬移動的主因

圖33：中等硬度的齒輪由于碾壓與撞擊造成表面變形，開始時由于超載造成初步損傷，長期超載使用，硬度不夠，造成變形

圖34：劇烈、過大的接觸應力使齒輪表面產生塑性流動，形成波紋，在齒面中心部位還有表面材料碎裂的剝落產生，過載是主因

圖35：滲碳齒輪在節線附近產生麻點，沿節線的波紋和齒頂輕微的粘附磨損顯著可見，超載是主因

圖36：圖中齒輪嚙合接觸部分已全部損壞，重載和潤滑不良是主因

圖37：小齒輪由于嚴重的麻點和粘附磨損而損壞，過大的超載和潤滑不足是產生此類缺陷的原因

圖38：齒輪因敲擊和疲勞而斷裂，嚴重超載和潤滑不足引起此損壞

圖39、40：因調整不當引起錐齒輪的齒斷裂，圖39是因為錐齒輪的齒輪踵部載荷過大造成，原因是齒側隙過大，圖40的折斷是齒輪尖部載荷過大造成，原因是側隙過小、同時，如振動載荷也可能造成上述損壞，甚至整個環狀輪齒斷裂

圖41：因潤滑不充分，齒輪之間的不正常磨擦產生熱，使金屬軟化，使齒面擦傷。磨損的小齒軸軸承使小齒輪產生軸向位移，造成齒環接觸不正確，此類損壞扭矩過大是原因之一

圖42：環齒出現變色和變形，原因是潤滑不充分或油品不正確，表面過分摩擦和出現過熱是原因

圖43：齒輪表面的腫包、芒刺和隆起，是出現在精加工后的齒輪由于放置粗心，使齒的棱邊碰傷而致

圖44：右側圖是正常齒輪嚙合情況，左側圖和中位圖都是齒接觸不良好的嚙合情況，其接觸面集中在齒面的一端，會造成齒輪高速度運轉時的尖叫噪音，但此類磨損一般不會造成進一步的損壞事故