齿轮轮齿的失效形式45959
齿轮传动的失效形式和材料齿轮传动的失效形式齿轮传动失去
4.轮辐式齿轮
当齿轮的齿顶圆直径da>400~600mm 时，可采用轮辐式结构。这种结构的 齿轮常用铸钢或铸铁制造。
轮辐式结构
大尺寸齿轮
齿轮传动的润滑
开式或半开式传动 v< 10 m/s的闭式传动 v> 10 m/s的闭式传动
定期人工加油润滑
浸油润滑
喷油润滑
浸油润滑
喷油润滑
第九节 齿轮传动的失效形式和材料
一、齿轮传动的失效形式 齿轮传动失去正常工作能力的现象，称为失效。 轮齿的失效形式有以下五种： 1.轮齿折断 轮齿折断一般发生在齿根部位。齿轮在传递动力时，轮 齿受到弯曲作用，而齿根部分受到的弯曲应力是最大的。
┌全齿折断 (直齿齿根裂纹扩展所至）
1）疲劳（交变载荷反复作用）折断→
3.非金属材料——用于小功率、速度高→低噪音
(三). 常用热处理：
软齿面（齿面硬度≤350HBS）： 正火、调质 两轮材料相同时，采用不同的热处理 硬齿面（齿面硬度＞350HBS）： 低碳钢－渗碳＋淬火 中碳钢－表面淬火
第十二节
1、齿轮轴
齿轮的结构设计
对于直径较小的钢质齿轮，其齿根圆直径df与轴直径相 差很小。可将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴。如 下图
└缺角
(斜齿接触线为斜线)
2）过载（短期严重过载或过大的冲击）折断：铸铁或淬火钢容易发生脆性折 断。
防止轮齿折断的措施：禁止超载使用。保证轮齿弯曲疲劳 强度，增大齿根圆角半径等。
蚀一般发生在靠近齿根的节线附近。
点蚀——轮齿表面有小片金属剥落下来或点状脱落，形成麻点。
齿面点蚀图
3. 齿面磨损
齿轮在传动中，两齿廓都要产生相对滑动，因此两齿面必定会产生 磨损。 磨损有两种：一是跑合，二是磨粒磨损。 油不净→磨料磨损→齿形破坏 →齿根减薄（根部严重）→断齿 防止磨粒磨损的办法有：采用闭式传动，保持良好清洁的润滑，提 高齿面硬度。
齿轮失效常见的形式及预防措施
1.5 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。
此失效多发⽣在⾮硬⾯轮齿上，齿轮的齿形严重变形，特别是左右不对称时应更换新件。
上⾯阐述的⼏种主要轮齿失效形式，在⼀般情况下，不仅可以修复，且在不能改变齿轮材料、加⼯⼯艺的条件下通过提前预防来延迟齿轮失效不利情况的发⽣，提⾼齿轮使⽤寿命。
2、预防齿轮失效措施2.1 提⾼齿轮安装精度2.2 合理选材齿轮材料的选择，要根据强度、韧性和⼯艺性能要求，综合考虑。
结合我国实际，宜选⽤低碳合⾦渗碳钢。
对于承受重载和冲击载荷的齿轮，采⽤以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合⾦渗碳钢为主的钢材；对于负载⽐较稳定或功率较⼩，模数较⼩的齿轮，亦可选⽤⽆Ni的Ni-Mn钢。
⽤这种钢材制造的齿轮与普通电炉钢制造的齿轮相⽐，其接触和弯曲疲劳寿命可提⾼3-5倍，齿轮极限载荷可提⾼15%-20%。
2.3 热处理通过热处理⼯艺，可以改善齿轮材质，适当提⾼硬度，消除或减轻齿⾯的局部过载，提⾼齿⾯的抗剥落能⼒。
例，对煤矿机械中的齿轮，深层渗碳淬⽕，可减⼩齿轮硬化，提⾼芯部硬度，较⼩的过渡区残余拉应⼒和充⾜的硬化层深度。
2.4 根据实际情况选择齿轮油据资料显⽰，机械故障的34.4%源于润滑不⾜，19.6%源于润滑不当，换句话说，以54%的机械故障是由于润滑问题所致。
因此，选择好的齿轮油对提⾼齿轮使⽤寿命有重要的意义。
2.5 修复为了确保齿轮的强度和硬度，决定采⽤氩弧焊合⾦焊丝堆焊修复，后⽤磨光机整形处理⽅案，这样焊后的齿轮轮齿少不经热处理达到较⾼的硬度和强度。
通过对齿轮失效形式的分析，可提⾼准确判别设备故障的能⼒，及时解除故障，提⾼经济效益。
齿轮轮齿的失效形式45959
A
2二、齿Biblioteka 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A 持润滑油的清洁
3
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。
A
6
第八节 齿轮轮齿的失效形式
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）
A
1
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
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
A
4
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A和严重过载
5
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。
齿轮传动的失效形式和设计准则
小轮比大轮硬度高: 20~50HBS。 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬
齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。
现象：沿轮齿面滑动方向形成沟痕，甚至咬死。
热胶合
原因： 高压、高速，油膜破裂； 摩擦功耗大； 啮合局部高温，金属直接接触， 齿面焊接； 相对运动，撕裂、涂抹，沟痕
冷胶合
低 速 重 载
防止措施：
1. 采用抗胶合性能好的齿轮材料对，材料相同时，使 大、小齿轮保持一定硬度差。（汽车变速箱中的齿 轮选择20CrMnTi钢） 2. 提高表面硬度和表面质量；
抗折断
二、常用齿轮材料
化学元素
锻钢 常用 齿轮 材料 铸钢
含碳量为0.15 % ~0.6%的碳素钢或合金。 一般齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。
常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮 材料（灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁）； 非金属材料 适用于高速、轻载、且要求降低噪 声的场合。 石油工业 油井设备 室内的小电机鱼缸里 用的小马达（尼龙）
胶合失效设计方法还不成熟；
参考德国（DIN3990）、中国（GB6413）、美国
（AGMA217.01）标准设计。
§6-2 齿轮材料
两个问题： ① σF ＝ ? ； σH =? ② [σF] ＝? ； [σH] =?
一．对齿轮材料的要求
“外硬”——齿面要硬
“内韧”——齿芯要韧
抗点蚀、抗磨损、 抗胶合、抗塑性流动
齿面塑性变形实例
二、设计准则
工作条件 软齿面 闭式 传动 主要失效
σF≤[σF] σH≤[σH]
设计准则
弯曲疲劳强度 齿面接触疲劳强度
设计方法
按齿面接触疲劳强度设计 按轮齿弯曲疲劳强度校核 分别按轮齿弯曲疲劳强度 和齿面接触疲劳强度设计 ，取两者中的较大模数
齿轮轮齿的失效
五、轮齿折断
产生原因及现象： 变载（疲劳、 过载）
发生场合：开式齿轮传动和硬齿面闭式齿轮传动中
小结： 齿 齿面损伤 轮 失 效 形 式 轮齿折断
齿面点蚀 齿面磨损 齿面胶合 塑性变形
齿轮轮齿的失效形式
齿轮传动过程中，若齿轮发生折断、 齿面损坏等现象，则齿轮失去了正常 的工作能力，称为失效。
主要形式：齿面损伤、轮齿折断
一、齿面点蚀
产生的原因及现象：
发生场合：闭式传动
二、齿面磨损
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
发生场合：开式传动
三、齿面胶合
产生原因及现象： 高速重载时散热不好，低速重载时，压 过大，使油膜破坏，金属熔焊在一起而发 生胶合。
发生场合：高速、低速重载齿轮
发生部位：靠近节线的齿顶面
四、齿面塑性变形（飞边）
产生原因及现象： 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
齿轮传动的失效形式及设计准则
齿轮传动的失效形式及设计准则（一）失效形式齿轮传动就装置形式来说，有开式、半开式及闭式之分；就使用情况来说有低速、高速及轻载、重载之别；就齿轮材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆（如经整体淬火、齿面硬度较高的钢齿轮或铸铁齿轮）或较韧（如经调质、常化的优质钢材及合金钢齿轮），齿面有较硬（轮齿工作面的硬度大于350HBS或38HRC，并称为硬齿面齿轮）或较软（轮齿工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC，并称为软齿面齿轮）的差别等。
由于上述条件的不同，齿轮传动也就出现了不同的失效形式。
一般地说，齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，这里只就较为常见的轮齿折断和工作面磨损、点蚀,胶合及塑性变形等略作介绍，其余的轮齿失效形式请参看有关标准。
至于齿轮的其它部分（如齿圈、轮辐、轮毂等），除了对齿轮的质量大小需加严格限制外，通常只需按经验设计，所定的尺寸对强度及刚度均较富裕，实践中也极少失效。
1.轮齿折断轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断（见图1 图2 图3）。
此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断；在轮齿受到严重磨损后齿厚过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。
在斜齿圆柱齿轮（简称斜齿轮）传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线（参看），轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。
图1图2图3若制造或安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即使是直齿圆柱齿轮（简称直齿轮），也会发生局部折断。
为了提高齿轮的抗折断能力，可采取下列措施：1）用增加齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。
机械基础9.6齿轮材料与结构
三、精度等级的选择
齿轮精度分为1~12级。1级最高，12级最低。常用的是6～9级。
精度等级
直齿圆柱齿轮
圆周速度v m/s 斜齿圆柱齿轮 直齿圆锥齿轮
2）正火 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能。正 火后硬度可达170～217HBW。
使配对的大小齿轮寿命相当，小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬 度高出30～50HBS。
（2）硬齿面齿轮（齿面硬度>350HBW） 1）表面淬火 中碳钢及中碳合金钢，如45钢、40Cr、35SiMn等制造的
齿轮，经表面淬火后齿面硬度可达40～55HRC。
4. 齿面胶合
在高速重载传动 中，常因啮合区 温度升高而引起 润滑失效，致使 两齿面金属直接 接触并相互粘连， 当两齿面相对运 动时，较软的齿 面沿滑动方向被 撕下而形成沟纹， 这种现象称为齿 面胶合。
防止办法:采用粘度大或有抗胶合添加剂的润滑油，提高齿面硬度、改善齿面粗糙 度，配对齿轮采用不同的材料，对于高速重载传动还要加强散热措施。
2．溅油润滑 在多级齿轮传动中，可以采用带油轮将油溅到未浸入油池 内的齿轮齿面上。带油齿轮可将油甩到齿轮箱壁上有利于齿 轮传动的散热。
3.喷油润
齿轮圆周速度速度大，齿轮搅油剧烈，不宜采用浸油润滑或飞 溅润滑时，应采用喷油润滑。
讨论题:已知一标准直齿外啮合圆柱齿轮的齿数z1=25， 测得该齿轮的齿顶圆直径为135mm，要求为之配制一
3. 齿面磨损
在齿轮传动中，当齿面间落入尘土、铁屑、砂粒等物质，齿面便被逐渐 磨损，这种磨损称为齿面磨粒磨损。
齿轮零件常见失效形式
齿轮零件常见失效形式齿轮常见的失效形式有四种：齿面磨损、齿面疲劳、轮齿断裂、齿面塑性变形。
(1)齿面磨损齿轮传动中润滑不良、润滑油不洁等均可造成磨损或划痕。
磨损可分为磨粒磨损、划痕、腐蚀磨损和胶合等。
①磨粒磨损与划痕：当润滑油不洁，含有杂质颗粒，或在开式齿轮传动中的外来砂粒，或在摩擦过程中产生的金属磨屑，都可以产生磨粒磨损与划痕。
这些外界的硬质微粒，开始先嵌入一个工作表面，然后以微量切削的形式，从另一个工作表面挖去金属的细小微粒或在塑性流动下引起变形。
通常情况下齿顶、齿根部摩擦较节圆部严重，这是因为啮合过程中节圆处为滚动接触，而齿顶、齿根处为滑动接触。
②腐蚀磨损：由于润滑油中的一些化学物质如酸、碱或水等污染物与齿面发生化学反应造成金属腐蚀而导致齿面损伤。
③烧蚀：烧蚀是由于过载、超高速、润滑不当或不充分引起的齿面剧烈磨损，由磨损引起局部高温，这种温度升高足以引起色变和过时效，或使钢的几微米厚度表面层重新粹火，出现白层。
④齿面胶合：大功率软齿面或高速重载的齿轮传动，当润滑条件不良时产生齿面胶合现象，一个齿面上的部分材料胶合到另一齿面上，因而在此齿面上留下坑穴，在后续的啮合传动中，这部分胶合上的多余材料很容易造成其他齿面的擦伤沟痕，形成恶性循环。
(2)齿面疲劳所谓的齿面疲劳主要包括齿面点蚀与剥落，是由于材料的疲劳引起的。
当工作表面承受交变应力的作用时，会在齿面引起微观疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，由于啮合过程可能先封闭入口然后挤压，微观疲劳裂纹内的润滑油在高压下使裂纹扩展，结果小块金属从齿面上脱落留下一个小坑，形成点蚀。
如果表面的疲劳裂纹扩展较深、较远或一系列小坑由于坑间材料失效时连接起来，造成大面积或大块金属脱落，这种现象则称为剥落。
实验表明，在闭式齿轮传动中，点蚀是非常普遍的破坏形式，在开式齿轮传动中，由于润滑不够充分以及进入污物的可能性增多，磨粒磨损总是先于点蚀磨损。
(3)轮齿断裂齿轮副在啮合传动时，主动轮的作用力和从动轮的反作用力都是通过接触点分别作用在对方的轮齿上，危险的情况下是接触点某一瞬间位于轮齿的齿顶部，此时轮齿如同一个悬臂梁，受载后齿根处产生的弯曲应力为最大，若因突然过载或冲击过载，很容易在齿根部产生过负荷断裂，即使不存在冲击过载的受力H况，当轮齿重复受载后，由于应力集中现象，也易产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿在齿根处产生疲劳断裂。
齿轮的失效形式和设计准则
1. 齿轮传动常见的失效形式
齿轮传动是依靠轮齿的相互啮合来传递运动和动力 的，由于轮齿的尺寸小，受载荷大，因此，轮齿是齿轮 常见的主要失效部位。由于齿轮传动的形式、承受的载 荷、齿面硬度及传动速度等情况的不同，轮齿的失效形 式也是多种多样的，主要有以下五种：
齿轮的失效形式和设计准则
齿轮的失效形式和设计准则
（3）齿面磨损。两轮齿在 啮合过程中存在相对滑动，当 其工作面间进入灰尘、砂粒、 金属屑等杂质时，将引起磨粒 磨损，如图1-16所示。当齿面 严重磨损后，渐开线齿廓被破 坏，齿侧间隙加大，引起冲击 和振动。严重时会因轮齿变薄， 抗弯强度降低而折断。
图-16 齿面磨损
齿轮的失效形式和设计准则
图1-15 齿面点蚀
齿轮的失效形式和设计准则
齿面点蚀是润滑良好的闭式齿 轮传动常见的失效形式，对于开式 齿轮传动，由于齿面磨损较快，点 蚀未形成之前就已被磨掉，因而一 般不会发生点蚀破坏。
齿面疲劳点蚀严重时，齿廓失 去准确形状，产生冲击和噪声。提 高齿面疲劳点蚀的能力，可采用提 高齿面硬度、降低表面粗糙度、使 用高黏度的润滑油润滑等措施。
（1）对于闭式软齿面（≤350 HBS）齿轮传动，齿面主 要失效形式为齿面点蚀，故按齿面接触疲劳强度设计，确定齿 轮的主要参数和尺寸，然后按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
齿轮的失效形式和设计准则
（4）齿面胶合。在高速重载 的齿轮传动中，由于齿面滑动速度 高，齿面间的高压、高温使润滑油 被挤出，齿面油膜破裂，两金属表 面啮合处摩擦面瞬时产生高热，局 部温升过高，使齿面接触区熔化并 黏结在一起。当齿面相互滑动时， 较软的金属表面沿滑动方向被撕下 一部分，形成沟纹，这种现象称为 胶合，如图1-17所示。
齿轮传动失效形式和设计准则
齿轮传动失效形式和设计准则齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又多种多样，较为常见的是下面叙述的五种失效形式。
齿轮的其它部分（如齿圈、轮辐、轮毂等），除了对齿轮的质量大小需加严格限制外，通常只需按经验设计，所定的尺寸对强度及刚度均较富裕，实践中也极少失效。
1、轮齿折断轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。
此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断；在轮齿受到严重磨损后齿厚过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。
在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线（参看图例），轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。
若制造或安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即使是直齿圆柱齿轮，也会发生局部折断。
为了提高齿轮的抗折断能力，可采取下列措施：1）用增加齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。
2、齿面磨损在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现不同的磨损形式。
例如当啮合齿面间落入磨料性物质（如砂粒、铁屑等）时，齿面即被逐渐磨损而至报废。
这种磨损称为磨粒磨损。
它是开式齿轮传动的主要形式之一。
改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的方法。
3、齿面点蚀点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。
在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。
所谓点蚀就是齿面材料变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。
齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，如工作条件未加改善，麻点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤。
齿轮轮齿的失效形优质PPT
齿轮的失效形式
❖ 失效：齿轮在啮合传动时，发生轮齿折断、 齿面损坏，从而失去工作能力的现象。
❖ 失效的原因：闭式与开式、低速与高速、轻 载与重载，材料性能、热处理工艺、尺寸大 小、加工精度等。
❖ 失效形式如下：
❖ 一、齿面点蚀
二、齿面磨损
❖ 三、齿面胶合
四轮齿折断
❖ 五、齿面塑性变形
点蚀就被磨掉。 ❖ 防止措施：提高表面硬度，减小表面粗糙度，增大
润滑油黏度。
齿面磨损
（1）工作齿面间有相对滑动
❖❖❖ 原（（12因） ）：工齿作面齿不面干间 净有 （相 有对 金滑 属动 微粒、尘埃、污物） ③主失失失（失 防（材提失（开 防后点剧提防开失一主三（从提（提后动效效效2效止2质高效2式止果蚀升高止式效、动、1动高2高果圆） ） ） ） ）轮 的 ： ： ：措 软 表 ： 齿措 ： 的 高 表 措 齿 ： 齿 轮 齿 轮 表 表 ：角低齿齿高齿-原齿齿齿 施，面齿轮 施传产→面施轮齿面-面-面面传要摩摩摩速面面速面因轮轮轮 ：硬硬轮传 ：动生裂硬：传轮点胶硬硬动大擦擦擦重不不重不：在在在 提度度在动 提不：纹度提动在蚀合度度不，力力力载干干载干闭啮啮啮 高低，啮无 高平接扩，高无啮，，平表背背指净净净→→式合合合 表，减合点 表稳触展减表点合减减稳面离离向（（（润散与传传传 面载小传蚀 面、面小面蚀传小小、→不节节节有有有滑热开动动动 硬荷表动的 硬产积表硬的动表表产表粗线线线二四金 金 金油不式时时时度大面时原度生很面度原时面面生层，→→→、、属属属膜好、，，， ，，粗，因 ，噪小粗，因，粗粗噪剥齿凸齿轮微微微→不小小低发发发 减摩糙发： 减声糙减：发糙糙声→落根棱面齿粒粒粒油易坑坑速生生生 小擦度生磨 小、度小磨生度度、小弯接。磨折、、、温产；；与轮轮轮 表力，轮损 表逐，表损轮，，逐块曲触损断尘尘尘升生高齿齿齿 面大选齿快 面渐选面快齿选选渐金应应埃埃埃高。速折折折 粗。择折， 粗恶择粗，折择择恶属力力、、、→、断断断 糙亲断来 糙化亲糙来断亲亲化→≤很污污污黏［轻、、、 度和、不 度至和度不、和和至形大物物物度σ载齿齿齿 ，力齿及 ，报力，及齿力力报成→w）））下与面面面 增小面产 增废小增产面小小废小］循降重损损损 大的损生 大。的大生损的的。坑环→载坏坏坏 润材坏点 润材润点坏材材。次润，，，， 滑料，蚀 滑料滑蚀，料料数滑材从从从 油。从就 油。油就从。。足油料而而而 黏而被 黏黏被而够膜性失失失 度失磨 度度磨失→破能去去去 。去掉 。。掉去产坏、工工工 工。 。工生。热作作作 作作微处能能能 能能小理力力力 力力疲工的的的 的的劳艺现现现 现现裂、象象象 象象纹尺。。。 。。→寸裂大缝小内、渗加入工润精滑度油等→。另一齿轮挤压→裂缝内油压急
机械基础教案三§3-8齿轮轮齿的失效形式
1、产生的原因：轮齿啮合时接触面积很小，在负载作用下产生很大的交变接触应力，在它的反复作用下齿面产生疲劳裂纹，裂纹的扩展导致表面上有小块金属剥落，形成小坑。多发生在靠近节线的齿根面上。
2、后果：渐开线齿廓被破坏，造成传动不平稳，产生噪声轮齿将因齿面破坏而报废。
3、出现场合：齿面点蚀是在润滑良好的闭式齿轮传动中的主要形式之一。在开式传动中一般看不见点蚀现象。
重点
分析、理解各类失效形式的产生原因及后果
难点
掌握各类失效形式的预防措施
教学内容
活动
【导入】
齿轮轮齿在工作过程中传递动力时，由于齿轮本身的工作特点及实际工作场合，会使齿轮的轮齿丧失工作能力。
【新课】
失效：齿轮在传动过程中，发生轮齿折断、齿面损坏等现象从而失去其正常工作的能力，这种现象称为齿轮轮齿的失效。
4、预防措施：①选用合适的材料和提高齿面的硬度，使齿面接触应力不超过许用值。
②减小齿面的表面粗糙度值。
③增大润滑油的延黏度。
二、齿面磨损（开式传动）
1、产生的原因：啮合齿面间的相对滑动摩擦。
2、后果：①齿面损坏
②加大侧隙
③引起传动不平稳和冲击。
3、预防措施：
①提高齿面硬度，减小齿面表面粗糙度值。减小接触应力。
பைடு நூலகம்课题
§3-8齿轮轮齿的失效形式
授课日期
教材
分析
本节内容主要介绍了齿轮轮齿的五种失效形式及产生的原因、方位及主要的防治措施。
学情
分析
学生没有这方面的工作经验，在教学时主要依靠一些直观的教学手段给学生以感性认识。从而达到强化记忆的目的。
教学
目标
分析、理解各类失效形式的产生原因及后果，掌握各类失效形式的预防措施。
齿轮轮齿的失效形式
传动中，由于靠近节线的齿顶表面处相 对速度大，因此胶合常发生在该部位。
图3 齿面胶合
防止胶合产生的方法：
（1）对于低速传动，可采用黏度大的润滑油。 （2）对于高速传动，则可采用硫化润滑油，使 其较牢固地吸附在齿面上而不易被挤掉。 （3）提高齿面的硬度和减小齿轮表面的粗糙度， 以及两齿轮选择不同材料均可减少胶合的发生。
四、轮齿折断
齿轮轮齿在传递动力时，相当于一根悬臂梁。在 齿根处受到的弯曲应力最大，且在齿根的过渡圆角处具 有较大的应力集中，传递载荷时，轮齿在交变载荷的不 断作用下，在轮齿根部的应力集中便会产生疲劳裂纹。 随着重复次数的增加，裂纹逐渐扩展，直至轮齿折断。 这种折断称为“疲劳折断”。如图4。 此外，用脆性较大的材料（如铸铁、淬火钢等） 制成的齿轮，由于材料在受到短时过载或过大的冲击载 荷时，常会引起轮齿的突然折断。这种折断称为“过载 折断”。
图5
齿面的塑性变形破坏了齿廓的形状，导致 齿轮轮齿失效。提高齿面硬度和采用黏度较高 的润滑油，有利于防止或减轻齿面的塑性变形。
小结：
常见轮齿的失效形式： 1、齿面点蚀 2、齿面磨损 3、齿面胶合 4、轮齿折断 5、齿面塑性变形
作业：
P72 习题19
产生齿面磨损的主要原因：
1、齿轮在传动过程中，工作齿面间有相对滑 动。 2、齿面不干净，有金属微粒、尘埃、污物等 进入轮齿啮合区域，引起磨料性磨损。 3、润滑不好。 齿面磨损是润滑条件不好、易受灰尘及 有害物质侵袭的开式齿轮传动的主要失效 形式之一。
减少齿面磨损的措施：
1、尽可能采用润滑条件良好的闭式传动。 2、同时提高齿面硬度 3、减小齿轮表面粗糙度值
实践表明，点蚀多发生在靠近节线的齿 根表面处，如图1所示：
齿轮传动的失效形式及设计准则
2）正火 正火处理后可以使材料晶粒细化，增大
机械强度和韧性，消除内应力，改善切削性能。 一般用于机械强度要求不高的中碳钢齿轮。对 于大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。 3）表面淬火
对于45、40Cr等中碳钢和中碳合金钢齿 轮，也可以进行表面淬火，齿面硬度达到 50HRC以上，齿芯部仍有较高的韧性，故接 触强度高。耐磨性好，也可承受一定的冲击载 荷，适用于无剧烈冲击的齿轮传动。
提高齿面硬度，既可以提高接触强度，
又可以提高抗磨粒磨损及抗塑性变形的能 力。硬齿面齿轮与软齿面齿轮比较，其综 合承载能力可提高2～3倍以上。在相同承 载能力的条件下，硬齿面齿轮尺寸比软齿 面齿轮尺寸小的多。所以除非生产条件受 到限制，一般硬采用硬齿面齿轮传动。
经过表面硬化的齿轮齿面硬度一般 不低于HRC45（相当于424HBS）。对金 属制的直齿轮，配对的两齿轮齿面的硬度 差应保持在30～50或更多（即HBS1～ HBS2），是普遍要求。因为当小齿轮与 大齿轮的齿面具有较大的硬度差时（如小 齿轮淬火磨制，大齿轮为常化或调质）， 在运转过程中较硬的小齿轮齿面对较软的 大齿轮齿面，会有显著的冷作硬化效应， 提高大齿面的疲劳极限，其接触疲劳强度 约可以提高20%。
齿面磨损：灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿面 间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损是 开式传动的主要失效形式。
主要措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙 度；采用清洁的润滑油。
（4）齿面塑性变形 若轮齿的材料较软，载荷及摩擦力又都很大时，齿
面材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形，这种情况 一般发生在硬度较低的齿面上。
防止胶合的措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙 度；增大润滑油粘度；限制油温。
缺少供油，也会导致胶合。 针对胶合失效而拟订的设计准则及计 算方法即为传动的胶合承载能力计算。
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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）
A
1
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
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A 和严重过载
5
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。
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
A
Байду номын сангаас
4
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
A
6
A
2
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A 持润滑油的清洁
3
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。