齿轮失效分析论文

毕业论文题目：齿轮的失效分析

*名：***

学号：**********

专业：矿山机电

班级：10-03

指导教师：**

2011年9月20日

目录

目录 (2)

引言 (3)

一、齿轮传动的特点、类型 (3)

二、齿轮传动的基本要求 (4)

三、齿轮的失效形式以及解决措施 (4)

（一）轮齿断齿 (4)

（二）齿面磨损 (5)

（三）齿面点蚀 (6)

（四）齿面胶合 (7)

（五）齿面塑性变形 (7)

四、常规齿轮损伤和失效的主要原因探究 (7)

五、齿轮的常用材料的基本要求 (8)

六、齿轮的常用材料及热处理 (9)

七、小结 (10)

致谢 (11)

参考文献 (12)

摘要：在现代社会工业发展中，齿轮是传动件中应用最广的重要工具，齿轮的类型很多，工况条件较为复杂。因此失效形式及影响因素也较多。尽管如此,从齿轮的基本特征特征产生原因和对策等方面都有其基本规律。并且齿轮失效常发生在轮齿部分，因此运用基本规律对具体齿轮的损伤作用具体分析，便不难查。这对机械传动齿轮质量,延长机械设备的使用寿命,具有非常重要的参考价值.

关键词：磨损失效分析齿轮损伤材料热处理

引言

在机械工程中，齿轮传动应用甚为广泛，齿轮传动是机械传动中一种重要的传动方式，并且往往处于极为重要的部位，因此齿轮的损伤和失效倍受人们的关注。齿轮的失效可分为轮体失效和轮齿失效两大类。由于轮体失效在一般情况下很少出现，因此齿轮的失效通常是指轮齿失效。所谓轮齿失效，就是齿轮在运转过程中，由于某种原因，使轮齿在尺寸、形状或材料性能上发生改变而导致整体设备不能正常工作。

要知道齿轮的失效形式，我们就应该先了解齿轮的传动类型、齿轮的特点、工作环境、只有清楚的知道了它的工作原理，才能更好的分析出它的失效形式

一、齿轮传动的特点、类型

齿轮的传动是目前最重要也是应用最广泛的一种传动形式。与其他机械传动相比。齿轮传动具有以下特点

优点：效率高，传动比稳定，工作可靠，寿命长，结构紧凑；适用的功率和速度范围广；可实现空间任意两轴间的传动。

缺点：制造成本高，安装精度要求高，当齿轮精度低，且速度较大时噪声大；不宜用于中心距较大的传动。

齿轮的传动类型：

（一）按照齿轮的传动比是否恒定，可将齿轮传动分为

1.非圆齿轮传动，（传动比变化）

2.圆形齿轮传动（传动比恒定）两大类，

在这里只研究圆形齿轮。

（二）根据两轴的相对位置和轮齿的方向，可分为以下类型

1.圆柱齿轮传动；

2.锥齿轮传动；

3.交错轴斜齿轮传动。

（三）根据齿轮的工作条件，可分为

1.开式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑;

2.半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭;

3.闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮传动。（四）按齿面硬度分

1.软齿面齿轮轮齿工作面的硬度小于或等于350HBS。

2.硬齿面齿轮轮齿工作面的硬度大于350HBS。

（五）按照齿廓曲线形状不同，齿轮传动又可分为

1.渐开线齿轮传动

2.摆线齿轮传动

3.圆弧齿轮传动

二、齿轮传动的基本要求

齿轮在传动过程中应满足两项基本要求

1.传动平稳

即要求齿轮传动时传动比恒定，以尽量减小冲击、震动和噪声。

2.承载能力高

即要求齿轮具有足够的强度和刚度，能传递较大的动力，并有较长的使用寿命和较小的尺寸。

对齿轮传动在设计生产领域中的一切研究，都是围绕上述两个基本要求进行的。

三、齿轮的失效形式以及解决措施

齿轮失效的主要形式有：断齿、磨损、齿面点蚀、齿面胶合和齿面塑性变形等。

（一）轮齿断齿：轮齿折断是一种危险很大的最终失效形式，它可以细分为以下几个

1.过载折断

轮齿受到一次或很少几次严重过载时，就可能发生过载折断。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

轮齿经高循环次数的作用，在齿根产生疲劳裂纹，导致轮齿疲劳折断。疲劳折断的断口分为疲劳断口面和最终（静断）断口面两个不同区域，在疲劳区域内看不到塑性变形重偏载的直齿轮，疲劳折断可能发生在轮齿的端部。3）随机折断轮齿的折断通常发生在齿根部位，但是某些偶然的因素，例如齿面点蚀、剥落。提高轮齿抗折断嫩里的措施很多，如增大齿根圆角半径，消除该处的加工刀痕以减低齿根的应力集中；增大轴及支撑物的刚度以减轻局部的的程度；对轮齿进行喷丸、碾压等冷作处理以提高齿面。

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（二）齿面磨损

齿轮传动过程中，齿面上的相对滑动肯定会引起磨损；齿面磨损：分为粘着磨损、磨粒磨损、擦伤、腐蚀磨损和烧伤。

1.粘着磨损

润滑对粘着磨损影响很大，如润滑油层完整且有相当厚度就不会发生金属间的接触，也就不会发生磨损。在相同油膜温度和压力下，油的粘度高，有利于防止磨损发生，在低速、重载、极端温度、相对比较粗糙不规则的表面、供油不足和油的粘度太低的情况下，油膜可能被破坏而发生磨损。此时的磨损在除节圆的大部分轮齿面上发生。

在实际中采用提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、限制油温、增加油的粘度、选用加有抗交合添加剂的合成润滑油等方法，可以防止交合的产生。

2.磨粒磨损与擦伤

当润滑剂不干净含有杂质颗粒或在敞开式的吃轮船顶中的外来磨粒，或者在摩擦过程中金属相互作用产生的磨屑，都可以产生磨粒磨损。严重的磨粒磨损会产生表面擦伤现象。此时齿根和齿尖磨损的最严重，然而节线区域保持原状，这是因为在节线处主要存在滚动方式的接触，只有很小的或者根本不存在的滑移作用。如果齿轮的对中好，且擦伤又不是由于齿面上孤立的微凸体引起的，那么擦伤会扩展到整个齿宽。

3.腐蚀磨损

由于润滑剂中的一些物质，诸如水和酸等污染物与齿面的化学反应造成金属的腐蚀，这样就形成了腐蚀磨损。活性的极压添加剂也是造成腐蚀磨损的一个原因，特别是齿轮在重载时更是严重；过分过热，极压添加剂将加速腐蚀磨损；零件表面保留一层紧密的热处理造成的氧化物膜对抗腐蚀磨损有利，这种作用甚至在碱溶液洗涤剂去油处理后仍能保持。如果在稀磷酸溶液中进行去游处理，那么氧化物膜变为磷酸锰和磷酸铁镀层，则对抗腐蚀磨损更好。如齿轮在热处理后进行磨削或喷丸处理，则具有活性表面对锈蚀敏感，降低了抗腐蚀磨损性能。

4.烧伤

尽管烧伤本身不是一种磨损形式，但它是由于磨损造成而反过来造成严重的磨损失效和表面变质。烧伤是由于过载、超速或不充分的润滑引起的过分摩擦所产生的局部过热到高温，这种高温足以引起变色和过时效，或使钢的几微米厚表面层重新淬火，出现白层。烧伤还对疲劳性能有不利影响，损伤的表面容易产生疲劳裂纹。