齿轮失效分析
变速器齿轮损坏失效分析和变速器故障分析及排除措施
八
相啮合的一对齿轮，部份齿不规则的损坏（缺、裂、断）。部份齿完全正常，缺裂的齿有一齿或多齿的齿面上有明显或较深的光滑的压痕。
有金属或较硬的异物作用于齿面上产生。一是箱体内其它零件（如轴承、滚针、锁销等）脱落或损坏的碎屑掉于高速旋转的齿面上；二是装配时掉入的销子、铁丝、钢钉等异物被润滑油意外的卷入齿面。
修理厂
修理厂
赔偿
二
齿面点蚀
1
全齿面针状点蚀（小麻点）
箱体内不清洁；油料使用不当。要选用粘度大的85w/90重负荷双曲线齿轮油。
用户
用户自负
2
齿中部小面积破坏性点蚀（粒状）
热处理渗碳淬火有效硬化层深不够，表面硬度梯度大，齿形设计不合理等不符合技术标准要求
制造者
厂家调换
三
齿面剥落（掉皮）或拉伤
产品设计不合理，滑动系数太大，材料或热处理不符合技术和标准要求。
2
齿宽1/3或1/2扭曲，有, 1/3或1/2保持原状，齿面磨损正常。
啮合错位、偏载。没有满齿宽接触，一是装配没有检查轴向移动间隙和换档系统间隙，二是换档操作不当、抢档不到位。主要是EQ140二轴一档齿轮（主一）、中间轴（付轴），偶尔有倒档齿轮等滑动换档变速器齿轮。
用户
用户自负
六
轮齿变形，过渡磨损，未啮合部位或无接触部份变色发蓝。
啮合错位，偏载。因卡簧失效，轴承损坏、换档不到位等原因造成。
用户或修理厂
用户自负
4
只断一齿，断面有明显夹灰，断面颜色不一致。
材料有夹灰，微裂纹等质量问题
制造者
厂家调换
5
齿轮破裂
齿根或键槽尖角过渡，应力集中或材料质量问题。
制造者
厂家调换
序号
齿轮传动的失效分析)
一般来说，齿轮传动的失效主要发生在轮齿上。
轮齿部分的失效形式分为两大类：轮齿折断，齿面失效。
1. 轮齿折断折断失效通常有轮齿的弯曲疲劳折断、过载折断和随机折断。
•疲劳折断：工作时轮齿反复受载，使得齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展以至轮齿折断的失效。
疲劳裂纹多起源于齿根受拉的一侧。
•过载折断：齿轮受到突然过载，或经严重磨损后齿厚减薄时，轮齿会发生过载折断。
•随机折断：通常是指由于轮齿缺陷、点蚀或其它应力集中源在轮齿某部位形成过高应力集中而引起轮齿折断。
断裂部位随缺陷或过高有害残余应力的位置而定，与齿根圆角半径无关。
•轮齿折断的形式有整体折断和局部折断。
整体折断多发生于直齿轮，局部折断多发生于斜齿和人字齿轮，齿宽较大的直齿轮和由于安装、制造因素使得局部受载过大的直齿轮，也可能发生局部折断。
疲劳折断的断口较光滑，过载折断的断口则较粗糙。
•增大齿根过渡圆角半径，减小齿面粗糙度，对齿根进行喷丸或碾压强化处理消除该处的加工刀痕，选用韧性较好的材料，采用合理的变位等，均有助于提高轮齿的抗折断能力。
•通常，轮齿疲劳折断是闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式。
2. 齿面失效齿面失效常见的失效形式有：点蚀、胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。
(1) 点蚀齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。
若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象，齿轮传动中称为点蚀（图9.3-13）。
节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。
润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。
•点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀。
收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。
收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。
机械传动齿轮失效问题分析与应对策略
机械传动齿轮失效问题分析与应对策略简介：机械传动齿轮是机械传动中最常用的部件之一。
它能够将动力从一个部件传递到另一个部件，提供准确、可靠的转速和扭矩转换。
然而，随着运行时间的增长，齿轮会发生磨损、断裂等问题，甚至会导致传动系统失效。
本文将分析机械传动齿轮失效的原因，并提出相应的应对策略。
一、齿轮失效原因（一）磨损在机械传动中，齿轮是直接接触的部件。
长时间使用后，会产生磨损现象，使齿轮失去表面光滑度，从而导致传递扭矩的能力下降，甚至失效。
另外，润滑不良、工作环境恶劣等因素也会加速齿轮磨损的过程。
例如，在没有黄油的情况下，齿轮磨损将更加严重。
（二）齿轮断裂齿轮断裂是指齿轮在运行过程中出现裂纹或破裂，导致传动系统失效。
齿轮断裂的原因可能是材料质量问题、设计问题、制造过程问题等。
如果齿轮的强度和韧性不足，它们容易断裂。
此外，过度负载和振动也会导致齿轮断裂。
（三）腐蚀腐蚀是由介质（如氧气、水、氯化物等）侵蚀导致的齿轮失效。
齿轮被腐蚀后，表面会产生锈斑、氧化层等，从而降低其防锈性能和强度。
对于工作环境中包含腐蚀性介质的传动系统，应采取特殊材料或涂层来保护齿轮。
（四）安装问题齿轮的安装过程非常重要。
如果安装不当，可能导致齿轮错位、偏心、轴与孔的相位差、轴的弯曲或变形等问题。
这些问题会导致齿轮失效或降低传动效率。
因此，正确的安装与对齐是避免齿轮失效的关键因素之一。
二、齿轮失效的应对策略（一）制定维护计划对于机械传动中的齿轮，备份计划是必不可少的。
应定期检查齿轮状态，如磨损、断裂等，及时进行润滑、更换和维修。
制订完善的维护计划能够减少齿轮失效，延长设备使用寿命。
（二）选用合适的材料齿轮的材料和强度与意外磨损和断裂息息相关。
开发并使用高品质和高强度的合金材料，可提高齿轮的寿命以及防止齿轮失效。
（三）加强润滑润滑在防止齿轮失效中发挥重要作用。
正确使用黄油，以保持齿轮表面光滑和防止磨损。
此外，污染和过热的润滑剂也是齿轮失效的根本原因之一。
机械基础-齿轮传动失效分析
二、齿面点蚀
产生原因 接触应力——疲劳裂纹 ——裂纹扩展——麻点状小坑
二、齿面点蚀
发生场合及产生部位
发生在：闭式齿轮传动中 靠近节线的齿根面处
二、齿面点蚀
预防措施
提高齿面硬度 降低表面粗糙度值 改善润滑条件 改变设计参数
轮齿折断
齿面点蚀
齿面磨损
齿面胶合
塑性变形
一、轮齿折断
产生原因 疲劳折断 过载折断
一、轮齿折断
硬齿面（齿面硬度＞350HBW）闭式传动齿轮，失效形式是轮齿折断
发生场合及产生部位 发生在：开式齿轮传动和 闭式硬齿面齿轮传动中 直齿轮：全齿折断 斜齿轮：局部折断
一、轮齿折断
硬齿面（齿面硬度＞350HBW）闭式传动齿轮，失效形式是轮齿折断
带式输送机的设计
学习导图
CONTENTS
一、轮齿折断 二、齿面点蚀 三、齿面磨损 四、齿面胶合 五、塑性变形 六、总结
任务导入
某齿轮箱，齿轮使用一段时间后发生如下损坏，请分析失效形式，产生原因， 提出防止失效措施。
任务导入
齿轮设计首要考虑齿轮在传动中不发生失效，常见的齿轮失效一般发生在轮齿 上。
三、齿面磨损
产生原因 硬质微粒进入——轮齿表面磨损
三、齿面磨损
发生场合及产生部位
发生在：开式齿轮传动中 全齿面磨损
三、齿面磨损
预防措施
加防护装置 提高齿面硬度 减小接触应力 降低表面粗糙度值 保持润滑油的清洁
四、齿面胶合
产生原因
压力大，温度升高 ——金属相互粘连 ——粘住的地方被撕破——带状或 大面积的伤痕
四、齿面胶合
机械传动齿轮失效问题分析与应对策略
机械传动齿轮失效问题分析与应对策略
机械传动齿轮失效问题是机械设备运行过程中常见的故障，如果不及时解决，将会导
致机械设备的停止运行和生产中断。
进行齿轮失效问题的分析和应对策略十分重要。
齿轮失效问题的常见原因包括：
1. 齿轮负荷过大：长时间运行或者超负荷工作会导致齿轮磨损加剧，从而出现齿轮
失效问题。
2. 润滑不良：如果齿轮没有得到足够的润滑，会导致齿轮磨损加剧，进而失效。
3. 齿轮设计问题：齿轮的设计是否合理，齿轮的材质是否适用，齿轮的尺寸是否合
适等都会影响齿轮的使用寿命和失效情况。
4. 齿轮制造质量问题：齿轮的制造工艺和质量问题也会导致齿轮的失效。
应对这些问题，可以采取以下策略：
1. 加强润滑：确保齿轮得到足够的润滑，可以采取定期更换润滑油，增加油脂的用
量等方法，使齿轮在运行时摩擦减小，从而延长齿轮的使用寿命。
2. 提高齿轮的质量：在齿轮的设计和制造过程中，要高度重视齿轮的质量，选择合
适的材料，制定合理的工艺，做好齿轮的检验和质量控制工作，以确保齿轮的质量。
3. 加强齿轮的检查和维护：定期对齿轮进行检查，及时发现问题，采取有效的维护
措施，延长齿轮的寿命。
及时更换磨损严重的齿轮，修复齿轮表面的损坏等。
4. 增加齿轮的寿命：在齿轮的使用过程中，可以采取一些延长齿轮寿命的方法，改
变齿轮的工作条件，减少齿轮的负荷，加强齿轮的冷却等。
要解决齿轮失效问题，需要分析具体原因，并采取相应的应对策略。
通过加强润滑、
提高齿轮质量、加强检查和维护以及延长齿轮寿命等措施，可以有效地解决齿轮失效问题，保障机械设备的正常运行。
齿轮质量控制专题——齿轮断裂失效分析和质量控制
腐 蚀 后 观 察 ， 陔试 样 存 较 严 重的 偏 析现 象 （ 【 割ｌ ２ ）。 心 部 组 织 为 板 条 玛 氏体 ， 部 分 区 域组 织 粗 火 ，按Ｊ Ｂ ／ Ｔ ９ ２ ｌ 】
２ ０ ０ ８ 为７ 级 （ ｌ ３ ）。
１ ４） 。
表 面 组 织 为 针状 屿氏 体 ，组
织 细 小 ，按 ＧＢ／ Ｔ ９ ２ ｌ １ ２ ０ ０ ８ 评
廓钻孔、滚齿加工后 ，送热处理
车 间 渗 碳 淬 火 ；２ ０ １ ２ 年３ 月２ ０ 日 ｝ ｝ ｛ 炉 ；２ ０ ｌ ２ 年４ 月２ 日 内 磨 、 平 磨 、磨 齿 完 工 ；２ ０ １ ２ 年４ 月６ 日装 配试 车 ，在 试 车 过 程 中发 生 齿 轮
为了找出齿轮失效 的原因 ， 我 们 从 原 材 料 、热 处 理 工 艺 、 车
削 加 工 工 艺 、金 相 组 织 ，以 及 裂
进 行 控 制 ，进 行 表 面Ｍ Ｔ ￣ ： Ｉ Ｉ Ｐ Ｔ 检 测 ， 以 确 保 表 面 无 车 削 裂 纹 存
在。
抛九一内磨一平磨 一 ＋ 磨齿。
２ ｈ，出炉 空冷 。
渗 碳 工 艺 为 ：７ ６ ０℃ 等 温
２ ｈ ，然后在９ ３ ０ ¨ Ｃ渗 碳 渗 碳 后
对 原 材 料 进 行 严 格 控制 ，许通 过
２ ２
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方 法 及 实地 调 查研 究 分析 ，找 出 了齿轮
失 效 的原 因并提 出 了相 应 的 改进 和 预 防
齿轮失效分析及预防措施
可 以 通 过 对 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 的 计 算 ， 便 采 以 取 措施 以避免齿 面 的点 蚀 ： 可 以通 过 提高 齿 面硬 也 度 和 光 洁 度 ， 高 润 滑 油 粘 度 并 加 入 添 加 剂 、 小 动 提 减 载荷 等措施 提高齿 面接触 强度 。 １ ４ 齿 面胶 合 ． （ 转 第 ３ ２页 ） 下 ４
齿 轮 失 效 分 析及 预 防 措 施
沈 武
（ 神华集 团包头矿业有 限责任公 司鄂 尔多斯李家豪煤矿 ， 内蒙古 鄂尔多斯 ０７０ ） １００
摘 要 ： 论 了齿 轮 轮 齿 失 效 的 形 式 及 原 因 ， 基 于 失 效 原 因 的 分 析 提 出 了一 些 应 对 措 施 。 讨 并 关键词 ： 齿 失效 ； 析 ； 施 轮 分 措 中 图 分 类 号 ： ４ ７． ５ ＴＧ ５ ２ 文 献标 识码 ： Ａ 齿轮 是机 械传动 件之一 ， 轮传 动形式 很 多 ， 齿 应 用 广 泛 ， 具 有 效 率 高 、 构 紧 凑 、 动 比稳 定 等 特 它 结 传 点 。如 果 齿 轮 轮 齿 失 效 不 仅 会 影 响 设 备 的 使 用 ， 甚 至还 会造 成事 故 。 齿 轮传 动 的失 效 主要 是 轮齿 折 断 、 作 齿 面磨 工 损 、 蚀 、 合 和塑性 变形 等 。 点 胶
丸 、 压等 工艺措 施对 齿根 表层 进行 强化 处理 。 液
１ ２ 齿 面 磨 损 ．
图 ３ 齿面点蚀示意图
在 齿 轮 传 动 中 ， 面 随 着 工 作 条 件 的 不 同会 出 齿 现 多 种 不 同 的磨 损 形 式 ， 面 磨 损 主 要 是 由于 灰 砂 、 齿 硬屑 粒 等 进 入齿 面 间 而 引起 的磨 粒 性磨 损 ， 图 ２ 如 所示 ， 钦 是 因齿面互 相摩 擦而 产生 的跑 合性磨 损 。 其
工程机械变速箱齿轮断齿失效分析
工程机械变速箱齿轮断齿失效分析目录一、内容简述 (2)1. 内容概要 (2)2. 研究背景与意义 (3)3. 国内外研究现状 (4)二、失效齿轮基本状况及影响因素分析 (6)1. 失效齿轮概况 (7)2. 影响齿轮断齿的因素 (8)三、变速箱齿轮断齿失效形式与特点 (9)1. 断齿失效形式 (10)2. 断齿失效特点 (11)四、变速箱齿轮断齿失效原因分析及机理研究 (12)1. 齿轮材料与设计因素 (13)2. 制造工艺与质量控制 (15)3. 齿轮受力与疲劳损伤机理 (16)4. 环境因素与运行管理 (17)五、预防与减少变速箱齿轮断齿失效的措施与建议 (18)1. 优化设计与选材 (20)2. 加强制造工艺与质量控制 (21)3. 加强运行管理与维护 (22)4. 改善运行环境 (23)六、案例分析 (24)1. 案例一 (25)2. 案例二 (26)3. 案例分析总结 (28)七、研究展望与总结 (29)1. 研究展望 (30)2. 研究总结 (31)一、内容简述本文档旨在对工程机械变速箱齿轮断齿失效现象进行深入分析，以期为工程机械设计、制造、维修和使用提供有益的参考。
通过对齿轮断齿失效原因的探讨，我们可以更好地了解齿轮在工程机械中的重要作用，以及如何通过改进设计、选用合适的材料和实施有效的维护措施来提高齿轮的使用寿命和性能。
本文档首先介绍了齿轮断齿失效的基本概念和分类，然后详细阐述了齿轮断齿失效的主要原因，包括齿轮材料、制造工艺、润滑条件等方面的因素。
我们将对这些原因进行具体分析，并提出相应的解决措施。
本文档还对齿轮断齿失效的检测方法和评价标准进行了介绍，以便工程师在实际工作中能够准确地判断齿轮的失效情况，并采取有效的预防和修复措施。
1. 内容概要本报告旨在对工程机械变速箱齿轮的断齿失效进行深入分析，以提高齿轮系统的可靠性与寿命。
将介绍齿轮断齿失效的基本概念、特点及可能的原因。
将对齿轮材料、制造工艺、设计参数、载荷状况等可能影响齿轮断齿的因素进行详细探讨。
齿轮传动失效分析及预防
经验交流现代农村科技2019年第9期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：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；采用正变位的方法加工齿轮，以提高齿根抗弯强度；提高齿面硬度，进而提高齿面接触疲劳强度；增大齿根处圆角半径，以减小应力集中；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；提高轮齿精度和齿轮支撑刚度，进而改善轮齿载荷分布；对齿轮齿根进行强化处理；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。
齿轮失效分析实例
齿轮失效分析实例齿轮是传递运动和动力的一种机械零件。
齿轮的类型以及特点不仅可决定齿轮的运转特性，并且也决定了它是否会过早地失效。
齿轮失效的类型可划分为四种：(1)磨损失效，是指轮齿接触表面的材料损耗；(2)表面疲劳失效，是指接触表面或表面下应力超过材料疲劳极限所引起的材料失效。
进一步又可分为初始点蚀、毁坏性点蚀和剥落。
(3)塑性变形失效，是指在重载荷作用下表面金属屈服所造成的表面变形。
它又可进一步分为压塌和飞边变形、波纹变形和沟条变形。
(4)折断失效，是指整个轮齿或轮齿相当大的一部分发生断裂。
可以进一步分为疲劳折断、磨损折断、过载折断、淬火或磨削裂纹引起的折断等。
本章主要介绍变速箱齿轮及被动齿轮的失效分析实例，供读者参考。
变速箱齿轮失效分析1.45号钢齿坯裂纹分析45号钢齿坯，由φ80mm圆钢落料后直接粗车成外径为φ78mm的柱体形状。
其化学成分为：C：0.49％，Mn: 0.68％，Cr<0.2％。
热处理工艺过程：在X—45箱式电炉中加热，到温度(820℃)装炉，装炉量109只，保温时间为一小时(工件达到温度后计算时间)，工件用盐水冷却(冷却液不循环)，水温20~30℃。
回火温度为520~530℃(零件淬火后隔天回火)。
经车削后，发现零件内孔平面和内孔上有较多裂纹，如图1和2所示。
图1 OPI 图象说明：零件实物经SM-3R型渗透剂着色探伤后宏观形貌。
经肉眼与放大镜观察，在齿坯内孔平面与内孔中有距离大致相等的5~6处较长的裂纹，裂纹均由内孔之平面与孔交界处为起始分别向内孔壁与平面扩展；内孔平面上和内孔交界处加工纹路明显且尖锐。
图象说明：内孔平面试样作金相观察，有数条裂纹交叉分布，其内充满氧化皮夹杂。
其微观裂纹长度不等，分别为0.63mm,0.29mm,0.23mm及0.19等。
图2 OMI 200×2．汽车变速箱齿轮失效失效齿轮为载重汽车变速箱一挡齿轮，由渗碳钢制造，在进行台架试验时，未达到设计要求就发生断齿现象。
齿轮失效分析及修复
齿轮失效分析及修复齿轮失效分析、措施及修复了解齿轮失效形式，分析齿轮损坏的原因，提出防止齿轮过早失效的措施和齿轮失效后的堆焊修复的工艺方案，对提高齿轮使用年限有现实意义。
一、磨损失效磨损定义为齿轮接触表面材料的损耗，磨损程度可分为正常磨损和破坏性磨损；磨损机理可分为磨粒磨损、刮伤和腐蚀磨损。
理论上齿轮表面有一层连续的相当厚的润滑油膜，两个齿轮金属表面不发生直接接触；但在实际使用中，润滑油膜是不完整的、不连续的，尤其在重载荷和润滑不充分的情况下，齿轮表面的润滑膜仅仅是局部保存。
在显微镜下观察，齿轮表面有许许多多微小的凸出点，齿轮啮合时首先是这些微凸点接触，微凸点承受载荷时很容易把润滑油膜破坏掉，接着较硬的微凸点刻入较软材料中产生粘合，随着齿轮运转，这些粘合点被撕破而碾成磨料，导致了齿轮磨粒磨损。
除了齿轮副上述所产生的磨料，还有来自铸造齿轮箱的砂粒、氧化皮及润滑油里杂志、机加切屑，这些都可能成为磨料。
正常磨损，齿轮表面的微凸点渐渐被磨平，齿轮表面而成光滑貌，它不导致齿轮副失效。
正常磨损一般产生在载荷不大、润滑充分的场合。
破损性磨损常常发生在超载的情况下，齿面发生严峻磨损后，导致渐开线曲面齿廓变形，齿侧间隙增大，齿厚减薄，并将引起冲击和震动，使用寿命下降，末了齿轮传动宣告失效。
在磨粒磨损中，如果存在坚硬的磨料质点，就会在较软的齿面上沿着刮出划痕，发生刮伤磨损，刮伤磨损也进一步加重磨粒磨损的程度。
由于油质问题或使用环境潮湿原因，使得光滑油中含有水或酸，具有侵蚀性的光滑油容易使齿轮表面生锈，导致齿面磨损速度更快，这种情况下便是侵蚀磨损。
从上述可见，提高齿面粗糙度等级、清算外来杂质、对光滑油进行过滤是控制磨粒磨损的有用途径，在设计上进行强度核算确保齿轮不超载，这个是使齿轮不产生破损性磨损的条件。
二、接触疲劳失效接触疲劳也称齿面点蚀，齿轮传动时，节线处一带相互接触并构成紧缩状态，使得节线一带产生了压应力、拉应力和剪应力，齿面每一次接触这些应力感化其上，这些应力随着齿轮滚动有规律轮流地施加在不同的齿面上，对于每一个齿面，都承受脉冲式交变应力，在这个交变应力的循环感化下，节线处发生了疲劳微裂纹，小片金属逐步剥落，就产生了齿面点蚀。
机械传动齿轮失效形式分析
机械传动齿轮失效形式分析摘要：机械传动齿轮的正常运转是保证机械工作的必要条件，本文通过分析机械齿轮失效形式，探讨机械齿轮的失效原因，加深对于齿轮的失效原理的了解和认识。
关键词：煤矿机械；齿轮传动；失效形式0引言：工厂中所用到的机械齿轮模数相对较大，并且传动齿轮之间的咬合比较紧密，这也导致了齿轮上所承受的荷载比较高，对齿轮的材料性能也提出了比较高的要求。
因此，加深对于齿轮工作原理、失效形式的分析十分必要。
1、机械齿轮失效形式（一）磨损1、磨料性磨损：这种磨损形成的原因与机械齿轮的工作条件有关，在机器齿轮工作时，如果齿轮中混入了细小颗粒，并且没有得到及时的清除，长期滞留很容易造成齿轮表面出现磨损，一些金属颗粒的混入也会导致机械出现磨料型磨损。
2、干涉磨损：这种磨损主要是机械安装不当，齿轮搭配不合理或者是操作不当引起的，如果不能按照规定进行齿轮的操作，将会在齿轮不同部位产生的应力，应力分布不均很容易造成应力集中现象，根据应力集中现象的轻重不同，机械齿轮所受到的机械磨损状况也不相同。
3、腐蚀性磨损：顾名思义，腐蚀性磨损主要是齿轮在工作过程中与周围的工作环境或者是外部环境发生物理化学反应，导致齿轮金属腐蚀。
最常见的腐蚀因素是油脂、酸性溶液。
而这些物质恰恰是煤矿工正常运转经常出现的物质，因此，腐蚀性磨损是机械齿轮磨损的重要部分。
4、胶合：胶合主要是由于机器长时间使用，不能得到很好地维护修理，导致润滑油油膜破裂，两侧的齿轮直接接触，进而造成材料撕破，如果这种不利因素不能得到及时的处理，胶合带来的腐蚀还将进一步扩大化。
5、疲劳磨损：这种磨损在机械使用过程中不可避免，由于齿轮需要长时期保持高速旋转，材料本身的性能会逐渐弱化，当何在重复作用一段时间之后，材料的脆性增强，抗冲击能力下降，齿轮外轮廓会出现细小的片状裂痕，这种疲劳磨损也会使得所制备的零件外观粗糙，不能满足生产加工的需求。
6、烧伤：烧伤主要是有外界温度过高或者机器本身在运转过程中放出大量的热量形成的，烧伤会导致齿轮的形状发生改变，生产出的零件规格也逐渐改变。
机械传动齿轮失效问题分析与应对策略
机械传动齿轮失效问题分析与应对策略机械传动齿轮在生产和制造过程中经常会出现失效问题。
这些问题可能由多种原因引起，如精度不足、损伤和磨损等。
为了确保机械系统的正常运行和延长齿轮寿命，必须及时识别和处理齿轮失效问题。
本文将从问题原因、分类、预防和修复策略等方面进行分析和探讨。
一、机械传动齿轮失效原因1. 精度不足传动装置的精度不足是齿轮失效的主要原因之一。
精度不足包括损失、发生误差、掉齿、压力角等方面的因素。
当齿轮的几何形状和尺寸不符合设计要求时，传动效率会降低，相应地也会导致齿面磨损和失效。
2. 损伤齿轮机械系统在使用过程中，往往受到振动、冲击以及过载的作用。
这些因素对齿轮系统造成损伤是不可避免的。
当机械系统中齿轮遭受损伤时，就可能会造成齿面基本性能的改变和齿面断裂。
3. 磨损机械系统中各个装配部件之间会发生摩擦，在齿距角和压力角的作用下，齿轮表面会发生磨损。
当齿面磨损超过设计限值时，齿面表面会变得凹凸不平，齿根和齿顶之间的距离会减小，导致齿轮失效。
根据失效特点和构造形式，齿轮失效可以分为以下几种类型：1. 压力面掉齿当齿轮传动过程中，应力超过了材料的承载极限时，会导致齿轮齿面发生严重损伤，从而使齿轮齿面掉齿。
一旦出现压力面掉齿，就会导致齿轮系统失效。
2. 齿面疲劳过载和撞击也会导致齿轮疲劳失效。
疲劳是指金属材料在作用周期后，发生微动摩擦，导致表面裂纹和疲劳裂纹，最终导致齿面开裂和脱落。
3. 齿轮脱落如果齿轮装配不当、材料不合格，或齿轮之间的间隙超过了设计限制，则会导致齿轮脱落。
齿轮脱落通常是由于设计和制造过程中的错误或疏忽所导致的。
4. 渐进性损坏随着齿轮使用次数增加，齿面表面磨损会逐渐增加，从而导致齿形变形和齿距角偏差。
这些渐进性损坏因素会导致齿轮的承载能力降低，最终导致齿轮失效。
1. 加强质量监管齿轮失效是由钢材、热处理、齿轮加工等多种因素引起的。
因此，在生产和制造过程中，需要坚持全过程质量控制，从材料、工艺、设备、检测等方面严格控制每个环节。
齿轮失效分析
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.2
3.3
3.4
点蚀 Pitting 初期点蚀 Initial pitting 扩展性点蚀 Progressive pitting 微点蚀 Micropitting 片蚀 Flake pitting 剥落 Spalling 表层压碎 Case crushing
4 齿面耗损的迹象 Indications 4.1 滑动磨损 Sliding wear
伸、扩展。
宽较大，局部温升引起变形。 部位应适当。
点蚀：齿面呈点状的齿面疲劳损伤
1． 早期点蚀：有较小，数量 啮合齿面局部过载，齿形误 提高齿形精度，精心跑合。
不多的麻点。
差，齿面凸凹不平，轴线歪斜
造成偏载。 2． 破坏性点蚀：靠近节线的 齿面接触应力过大，节线附近 提高齿面硬度，降低粗糙度，
齿根表面上，麻点不断扩 滑动速度方向变化，油膜不易 改善润滑。
2 轮齿折断 Tooth breakage
2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.3
过载折断 Overload breakage 脆性断裂 Brittle fracture 韧性断裂 Ductile fracture 半脆性断裂 Semi-brittle fracture 轮齿剪断 Tooth shear 塑 性 变 形 后 折 断 Breakage after plastic
Ⅰ
55
20
25
35
Ⅱ
25
30
Ⅲ
25
20
γ（％）
V<10m/s 20m/s≤V≥10m/s
30
20
35
30
25
20
15
齿轮轮齿的5大失效表现形式及原因分析
一、齿面点蚀
1、产生原因及现象：脉动偱环的接触应力→齿面产生微小裂纹，在齿轮的挤压下润滑油压上升→裂纹扩展，小块金属剥落→小坑（麻点）
2、发生部位：靠近节线的齿根面处
3、发生场合：闭式传动
4、预防措施：提高齿面硬度、降低表面粗糙度值、合理选择润滑油的粘度及采用正角度变位齿轮传动
二、齿面磨损
1、产生原因及现象：铁屑、灰层进入，啮合齿面间的相对滑动摩擦而产生磨损，齿形变瘦
2、发生场合：开式传动
3、预防措施：采用闭式传动，提高齿面硬度，减小接触应力，降低表面粗糙度值，保持润滑油的清洁
三、齿面胶合
1、产生原因：高速重载时散热不好，低速重载时，压力过大，使油膜破坏，金属熔焊在一起而发生胶合。
2、发生部位：靠近节线的齿顶面
3、发生场合：高速、低速重载齿轮
4、预防措施：适宜的润滑油、提高硬度、减小表面粗糙度值、采用抗胶合能力强的齿轮材料
四、齿面塑性变形（飞边）
1、产生原因：较软齿面的齿轮在频繁起动和严重过载，由于齿面很大压力和摩擦力的作用使齿面金属局部塑性变形
2、发生部位：主动轮形成凹沟，从动轮齿面形成凸棱
3、预防措施：提高齿面硬度、选用较高粘度的润滑油，避免频繁起动和严重过载
五、轮齿折断
1、原因：变载（疲劳、过载）
2、发生后果：不能正常传动，甚至造成重大事故
3、发生场合：开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动中
4、预防措施：选择适当的模数和齿宽，采用合适的材料及热处理工艺，减小齿根处的应力集中。
齿轮失效
第一讲齿轮传动的失效原因及解决方法1．齿面齿轮的疲劳失效（点蚀失效和疲劳剥落）齿面疲劳可以划分为点蚀和剥落两种基本形式。
在过大的当量接触剪应力作用下，表面层发生塑性变形，塑性变形逐渐积累，导致微观晶裂并形成原始裂纹，裂纹向齿面方向按疲劳裂纹扩展规律扩展，最后材料从齿面脱落或形成点蚀，这就是齿面疲劳。
齿面产生点蚀的首要条件是存在微裂纹。
裂纹可以因机械加工而产生于表面；也可以因材料组织不均匀(存在夹渣、气孔和硬质颗粒等)以及局部剪切应力过大而产生于表层或次表层。
在齿轮运转过程中，裂纹在反复受载下不断扩展而导致点蚀，并可延伸到表面而引起脱落。
齿轮的传动特点是诱发齿轮点蚀的主要原因。
齿轮转动时，为了保持啮合的连续性，当一对齿轮的齿顶进入啮合状态时，另一对齿轮则逐渐退出啮合。
一方面当轮齿靠近节线附近啮合时，由于同时啮合的齿对数少，因此当量最大剪应力出现在节线附近的齿面次表层处，即节线附近的接触强度最薄弱；另一方面，当轮齿在节线附近啮合时，相对滑动速度方向发生变化。
在节线处，齿面滑动速度为零，润滑油流速低，不易形成油膜，因此在节线附近最容易发生点蚀。
齿轮在运转过程中，在接触压力作用下产生的高压油波以极高的速度进人裂纹，对裂纹壁产生强大的流体冲击作用；因此提高润滑油的粘度可以减缓冲击并延缓裂纹的扩展；与此同时某一齿轮表面可以将另一齿轮表面的裂纹口封闭，从而使裂纹内的油压进一步升高并迫使裂纹向纵深扩展。
此外，部分研究者认为，具有腐蚀性的极压添加剂可使刚刚产生的裂纹尖端立即受到腐蚀，从而堵死部分新生裂纹重新被压焊连通的路线，加速裂纹的扩展，以硫烯极压添加剂为例，其极压性能优异，可以保证齿轮在高温高负荷下不发生胶合，但其抗磨性能不佳，并具有相当强的腐蚀作用，因此在运转过程中可导致齿轮磨损加剧并降低齿轮的抗疲劳能力。
相反，采用兼具优良极压，抗磨及减磨性能抗磨添加剂可以更有效地改善齿轮润滑状态，从而显著提高齿轮的疲劳寿命。
齿轮传动的失效分析及改善措施
滚 动 的 ，其 它 齿 面 各 接 触 点 都 是 连 滚 带 滑 ，而 齿 顶 部分 的运 行速 度要 远远 大 于齿 根部 分 。
通 常 点 蚀会 先 发 生 于 靠近 节 线 的 齿 根 处 。在 滚 滑 过 程 中 ，互 相 滚 滑 的接 触 表 面 在 滑 动 时 会 由于 摩
不 固定 的 ，并 且 断面 相对 粗糙 。如 图 ｌ 示 ： 所
发 生 一 定 的 塑 性 流 动 ，这 种 现 象就 是齿 面 塑性 变 形 。它 的变 形 方 向 与 滑 动 方 向相 平 行 ， 因为 滑 动 摩 擦 力 以 入 主 动 轮 齿 的 滑 动 方 向 与节 线 是相 背 而
轮 在 工 作 时 受 到 了 严 重 的冲 击 载 荷 或 过 载 作 用 ，
２３ 齿 面磨粒 磨 损 ．
当润 滑 不充分 或 者处于 开式 传动 时 ，会 有外界
灰 尘 杂质 进 入 啮合 区 ，从 而 引起 齿 面 材料 的 损失 ， 这种 现 象就是 齿面 磨粒 磨损 。 当出现齿 面磨 粒磨损 时 ，会在 滑动 速度 方 向产 生平 行的 线道滑痕 。
成 飞 边 ，在 节 线 附近 处 产 生 沟 谷 ，而 从 动 轮 则 与
其相反。
节 线 附近 的 应 力 以及 摩 擦 系 数 都 相 对 较 大 ，因 此
收稿日翔：２ １－１－０ ００ １ ５ 作者简介：陈苗青 （９ ８ １７ 一），女 ，浙江义乌人 ，本科 ，中教一级 ，研究方 向为机械传动。
先 ， 由于 齿 轮 的 传 动 过 程 是 依 靠 齿 面 推 压 来 实 现
的 ，所 以轮 齿 中 总是 齿 面 受 力 ；其 次 ，轮 齿 中齿
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《零件失效分析》课程应用研究进展报告题目：齿轮失效分析—齿面点蚀姓名: 魏亚雄学号：0903014113学院(系):材料科学与工程学院专业: 金属材料工程叶云指导教师：评阅人：2012年11月28日齿轮失效分析——齿面点蚀材料科学与工程学院金属材料工程09030141班指导教师：叶云一、目录1.前言 (3)2.齿轮传动的失效形式 (3)3.齿面点蚀机理分析 (3)4.影响齿面点蚀的因素 (4)5.预防 (5)6.结语 (5)二、摘要本文首先对中国现在齿轮的应用现状做了简要叙述，通过对齿轮失效形式的分类，简要对齿面磨粒磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形和轮齿折断进行了定义。
通过对齿轮齿面点蚀机理和齿面点蚀影响因素做了详细分析，并对齿轮失效的预防做了简述，对现实具有很重要的指导意义。
三、正文1.前言齿轮传动是现代机械传动中广泛采用的主要运动形式之一。
做为最常见的机械传动零件，它优点很多应用广泛。
但是，齿轮传动也存在其固有的缺点：不能缓和冲击作用。
[1]当制造、安装和使用过程中出现不当情况往往会引起较大的振动、噪声，甚至发生断裂等失效故障，据统计，在各种机械故障中，齿轮失效占总数的60％以上。
[2]因此，为了保证机器安全正常地运转，有必要详细分析齿轮失效原因。
采取相应的措施。
保证齿轮在预定寿命内正常工作。
2.齿轮传动失效形式影响齿轮失效的原因很多。
如设计选材、材料添加剂、毛坯加工工艺及齿轮的安装、调整、润滑和故障诊断、维护使用环节的各种失误都有可能导致齿轮失效。
以下是齿轮失效的基本类别和特征。
齿轮失效一般发生在齿面，很少发生在其它部位。
按照齿轮在工作中发生的故障的基本形式可以把齿轮失效划分为齿面磨损和轮齿折断两大类。
齿面磨损是指齿轮在啮合工程中由于表面材料不断摩擦而消耗的过程，按照损伤的机理可以把齿轮损伤划分为齿面磨粒磨损、齿面点蚀、齿面胶合和塑性变形。
[3]2.1齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损常发生于开式齿轮齿轮传动中，由于如沙石、金属铁屑及外界其它物质进入啮合区并在齿轮副的啮合挤压作用下沿齿轮运动方向移动，因此磨痕走向一般并行于运动方向，整个齿面均匀磨损，沿滑动方向，磨痕呈重叠特征。
2.2齿面点蚀齿面点蚀常出现在润滑比较良好的闭式软齿面传动中，一般在靠近齿根部位出现点状小坑。
2.3齿面胶合胶合是互相啮合的齿面发生严重的粘着磨损损伤。
2.4 塑性变形齿面塑性变形主要出现在低速重载，频繁启动和过载的场合。
当齿面的工作应力超过材料的屈服极限时，齿面产生塑性流动，从而引起主动轮齿面节线处产生凹槽，从动轮出现凸脊。
2.5轮齿折断由于齿面受到冲击载荷或者短时间过载。
突然折断，尤其见于脆性材料齿轮。
轮齿折断会造成传动失效。
3. 齿面点蚀机理分析3.1 裂纹的形成机理[4]柔性传动装置大齿轮齿面产生点蚀的部位在节圆附近的下齿面上，这是因为在齿轮节圆附近啮合时，基本上只有一对齿轮在啮合，齿面接触应力较大；而且此时接触点之间相对速度很小，油膜也不易形成，润滑情况不好。
所以齿轮齿面处于过高的交变接触应力多次反复作用中，当齿轮齿面硬度偏低或齿面啮合不良时，必然会在齿轮齿面上产生若干小裂纹。
3.2裂纹的扩张和脱落机理在润滑良好的齿轮传动中，疲劳点蚀的形成不仅与初始裂纹的形成方向有关，而且还与能否使具有方向性的裂缝形成密闭的高压油腔有关。
当润滑油浸人齿面裂缝后，若相对滚动如下图(a)所示，右行时，充满润滑油的裂缝首先被向右滚动的圆柱体封住缝口而具有形成高压油腔的条件，加之正压力作用下齿面弹性变形的缘故，进一步地碾压将使封闭油腔中的油压越来越高。
在高压油的作用下，就使得裂纹尾端每啮合一次就扩张一次，于是裂缝上方的悬臂越来越长，悬臂体所承受的弯矩也越来越大。
当裂缝悬臂承受的弯曲应力超过悬臂材料所能允许承受的应力时，悬臂便发生断裂而形成小坑，即产生齿面点蚀现象。
但若相对滚动如图3(b)所示右行时，微裂缝中的润滑油则会被挤出而不能形成高压油腔，因而裂缝不易扩张。
[5]4.影响齿面点蚀的因素4.1齿轮材料选择的影响我们在机械零件产品的设计与制造过程中．不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用．而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。
齿轮常用的材料为锻钢、铸钢、铸铁，以及非金属材料。
[6](1)一般先考虑材料的使用性能应满足零件的使用要求。
使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能，在保证使用性能的基础上，选材时要根据零件的实际工作条件和失效形式，正确地判断所要求的主要性能，再根据主要的使用性能指标来选择较为合理的材料。
(2)其次考虑材料的工艺性应满足加工要求。
工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素．合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。
如用于飞机的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择力学性能高的合金钢。
(3)最后应充分考虑经济性。
据资料统计，在一般的工业部门中，材料的价格要占产品价格的30％一70％。
因此，在保证使用性能的前提下，应尽可能选用价廉、货源充足、加工方便、总成本低的材料，以取得最大的经济效益，增强产品在市场上的竞争力。
4.2热处理工艺的影响[7]机械齿轮的承载能力不仅取决于表面硬度，还取决于表层向芯部过渡区的剪应力与剪切强度的比值，它不能大于0.55。
深层渗碳淬火是这种齿轮硬化处理最理想的方法，它可以得到高的芯部硬度，较小的过渡区残余拉应力和充足的硬化层深度。
齿面含碳量一般控制在0.8%—1%为宜，由齿表面到芯部的硬度梯度要缓和。
渗碳齿轮经过淬火和回火，表面硬度应达到HRC58—62，要消除齿轮特别是表层的残余内应力。
热处理后，尚需进行油浴人工时效处理。
4.3表面强化处理对齿面和齿根进行喷丸强化处理，通常是齿轮加工的最后一道工序，可在渗碳淬火或磨齿后进行。
它能使齿轮的接触疲劳强度提高30%—50%，使齿根弯曲疲劳强度得到改善；能有效阻止裂纹扩展，使实际载荷比外加载荷小得多；能有效抵抗破坏性冲击，减少点蚀，增大耐久极限。
根据国外经验，齿轮喷丸比不喷丸寿命可提高6倍。
[8]4.4齿轮加工方法引起的影响机加工滚齿时，粗、精滚工序要分开，先用滚刀进行粗切，再用专用滚刀进行精滚齿，保持滚刀精度，用百分表控制切齿深度，切齿深度误差应控制在零位附近，精滚齿滚刀的齿形误差应不大于0.03mm。
齿形加工一般要达到9级精度。
齿面粗糙度必须达到设计要求，可在磨齿后，进行电抛光或振动抛光，提高表面粗糙度，粗糙度好的齿轮的寿命比粗糙度差的可提高15%—20%。
采用齿面修形、齿形修缘和挖根大圆弧（大圆弧齿根）新技术（包括倒角、磨光、修圆），能消除或减轻啮合干涉和偏载，提高齿轮的承载能力，使齿根应力集中降低，齿轮的弹性柔度增大。
[9]4.5润滑剂的影响[10]齿轮传动的润滑方式，主要取决于齿轮圆周速度的大小。
对于速度较低的齿轮传动或开式齿轮传动，采用定期人工加润滑油或润滑脂。
对于闭式齿轮传动，当齿轮圆周速度v<12m／s时，采用大齿轮浸入油池中进行浸油润滑；当v>12m／s时，为了避免搅油损失，常采用喷油润滑。
与无润滑相比，良好的润滑可以提高传动部件的使用寿命：淬火件的寿命可提高20％，非淬火件的寿命可提高200％。
5. 预防[11]5.1提高齿轮安装精度。
5.2改进设备结构。
5.3根据实际情况选择齿轮油。
5.4减少传动副周期性冲击、振动，加强日常维护和检修。
6. 结语通过对齿轮失效形式的分类介绍，并详细介绍了齿面点蚀的产生机理和影响齿面点蚀的因素的分析（包括材料、热处理、表面强化、加工方法、润滑剂），我们在以后的工作中，能够及时地发现问题，并且能够根据已经掌物的知识去解决问题，防患于未然．对减少损失起到很大的作用。
四、参考文献[1] 李明鑫机械传动中齿轮失效问题的探讨[J] 中国科技纵横 2012(6): 50-51[2]刘兴华机械齿轮失效原因分析[J] 中国高新技术企业 2008(15): 97-98[3] 陈永利齿轮的失效形式及其预防[J] 资治文摘（管理版） 2010(6): 190-191[4] 宋家齐烧结机柔性传动装置大齿轮齿面点蚀分析[J] 宝钢技术 2007(Z1): 59-62[5] 李钝，姜海翔，文圣香齿面接触疲劳点蚀的产生机理[J] 荆楚理工学院学报 2012,27(4):14-17[6]彭德彬机械传动齿轮失效方式研究[J] 电力与能源 2010(3): 204-206[7] 乐为影响齿轮失效的因素分析[J] 考试周刊 2011(72): 166-168[8] 张金海，余元强齿轮失效实例分析和改进措施[J] 十堰职业技术学院学报 2007,17(2):45-46[9] 谷志刚，郝德中，由向群 40Cr钢齿轮齿面点状剥落失效分析[J] 金属热处理 2008,33(4):96-98[10] 蔡琪阳，申小兵，胡洪波润滑油对齿面点蚀剥落胶合的影响[J] 中国设备工程 2008(6):54-55[11] 杨鑫舂浅谈如何改进机械传动齿轮失效[J] 科技信息(科学·教研) 2007(25): 95-96五、致谢研究报告的书写即将完成，这份报告能顺利的完成，最应该向叶云老师表示衷心的感谢！感谢老师在《零件失效分析》课程的教授过程中，以及实验过程中给与我最大限度的指导与帮助。
同时，我也要感谢身边同学的大力帮助，使我的问题可以及时被解决，正是在老师和大家的热心帮助下，我的研究报告才得以顺利完成。
这次研究报告的完成，是对我所学知识和能力的一次综合运用与实践。
在此过程中。
培养和锻炼了我独立分析和解决问题的能力，为以后进入工作岗位进行相关的工作奠定了基础。
总之，这次研究报告的完成使我受益匪浅。
由于知识有限，研究报告中难免会出现纰漏与不足之处，还请各位老师批评指正，最后，再次向帮助我的叶云老师以及各位同学们表示衷心的感谢！2012年12月1日魏亚雄。