齿轮传动的失效形式及设计准则

1.失效形式

（1）轮齿折断 轮齿折断是轮齿啮合时齿根受弯曲应力而使轮齿折断的现象。轮齿折断又分为过载折断和疲劳折断。过载折断是由于轮齿因短时严重过载而引起的突然折断，一般发生于脆性材料。轮齿可看作悬臂梁，在载荷的多次重复作用下，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹，然后逐渐扩展，最终将引起轮齿折断，称为疲劳折断。多数齿轮发生疲劳折断。

（2）齿面失效

1）齿面疲劳点蚀。齿面在脉动循环的接触应力作用下，齿面材料由于疲劳而产生的剥蚀损伤现象称为齿面疲劳点蚀，又称疲劳磨损。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，后逐渐扩散，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤，使轮齿丧失原有的渐开线曲面形状，产生冲击和噪声，精度下降。齿面点蚀是闭式软齿传动的主要失效形式，在开式齿轮传动中，由于齿面磨损较快，点蚀还来不及出现或扩展即被磨掉，所以看不到点蚀出现。

2）齿面磨损。分为两齿轮表面直接摩擦磨损和磨粒磨损。磨粒磨损是指当啮合齿面间落入磨料性物质时，轮齿工作表面被逐渐磨损。磨损的结果是使齿轮失去原有的渐开线曲面形状，同时轮齿变薄而导致传动失效。

3）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发生瞬时焊接现象，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。在低速重载传动中，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可能产生胶合破坏。

4）齿面塑性变形。在速度很低、载荷很重的条件下，由于摩擦力过大，使较软的齿面上可能沿摩擦力方向产生局部的塑性变形，使齿轮失去正确的齿廓，而使瞬时传动比发生变化，造成附加的动载荷。这种损坏常出现在过载严重和起动频繁的传动中。

2.设计准则(www.xing528.com)

设计一般工作条件下使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两个准则进行计算。对于高速、大功率的齿轮传动，还要保证齿面抗胶合能力。至于抵抗其他失效的能力一般不进行计算，但应采取相应的措施，以增强齿轮抵抗这些失效的能力。主要设计准则如下：

（1）闭式齿轮传动的设计准则

1）闭式软齿面（硬度≤350HBW）的齿轮传动，因其主要失效形式为齿面疲劳点蚀，故按齿面接触疲劳强度设计，还有断齿的可能性，因此校核齿根弯曲疲劳强度。

2）闭式硬齿面（硬度＞350HBW）的齿轮传动，齿面硬度很大不易发生齿面疲劳点蚀，其主要失效形式为轮齿疲劳折断，故按弯曲疲劳强度设计以防止断齿，但还有齿面疲劳点蚀的可能性，因此校核齿面疲劳接触强度。

3）大功率闭式齿轮传动，当输入功率超过75kW时，由于发热量大，易导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，还应进行热平衡计算。

（2）开式或半开式齿轮传动 对于开式（半开式）齿轮传动，由于润滑不良齿面磨损较快，齿面疲劳点蚀还来不及出现或扩展即被磨掉，所以看不到点蚀出现。针对主要失效形式是磨损和轮齿折断，应根据齿面抗磨损及齿根抗折断能力分别进行计算，但鉴于目前对齿面抗磨损的能力尚无完善的计算方法，因此，仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式（半开式）齿轮传动的寿命，应适当降低开式传动的许用弯曲应力（如将闭式传动的许用弯曲应力乘以0.7～0.8），以使计算的模数值适当增大；或将计算出的模数增大10％～15％，以考虑磨损对齿厚的影响。