如何应对齿面塑性变形问题？

软齿面齿轮传递载荷过大（或在大冲击载荷下）时，易产生齿面塑性变形。在齿面间过大的摩擦力作用下，齿面接触应力会超过材料抗剪屈服极限，齿面材料进入塑性状态，造成齿面金属塑性流动，使主动轮1的节线附近齿面形成凹沟，从动轮2节线附近齿面形成棱脊，从而破坏了正确的齿形（图1-4a）。有时可在某些类型齿轮的从动齿面上出现“飞边”（图1-4b）。设计中如对冲击性尖峰载荷考虑不足，在工作中会出现显著“飞边”。严重时挤出的金属充满顶隙，引起剧烈振动，甚至发生断裂。

尽管齿面塑性变形比较普遍地发生在软的韧性金属的齿面上，但是塑性变形失效也可发生在完全淬硬和表面淬火的齿轮表面上。这是齿轮被加载超过接触区域金属的屈服应力的结果。

齿轮齿面的塑性变形有三种主要类型：碾压与锤击变形、起波纹和脊状延伸。

图1-4 齿面塑性变形

a）渐开线齿轮主、从动齿齿面相应的塑性变形 b）圆弧圆柱齿齿顶“飞边”

如果传动载荷很高或由于振动（或齿形不正确）产生的高冲击力，使齿面承受碾压和锤击变形（如铆钉头被重复打击的变形一样），其特征是齿顶端和边缘产生鳍状物，齿尖变圆，主动轮齿在开始接触处出现齿面凹坑，从动齿的节线附近出现凸起的“山脊”（图1-4a），齿的其余部分在发生完全破坏之前，变形达到明显的程度。尽管这种失效的主要原因是齿轮材料和载荷，如用高粘度的润滑油可减缓锤击作用，对提高齿轮寿命是有利的。渗碳钢齿轮由于碾压、锤击变形产生的失效是很少的。但是，如果其表面硬度低于标准要求，这种失效仍会发生。表面硬度低的原因有：①渗碳层中碳含量低。②表面脱碳。③渗碳后淬火不正常。(www.xing528.com)

波纹状塑性变形是齿表面上与滑移方向垂直的波纹状花样，这是由剪应力引起的。采用低摩擦系数润滑剂有时可以消除这种剪应力。波纹状变形大多数发生在表面硬化的交错轴伞齿轮上，但不会马上导致失效，这是一种过载的标志，应引起人们警惕，可能进一步发生失效。

“脊状延伸”通常在钢制表面硬化的交错轴锥齿轮和青铜蜗轮上发生。仿佛横跨整个齿面的一条对角线或“山脊”，且具有沿滑移方向的人字纹或鱼尾巴状花样的特征。如果“脊状”发展的话，金属表面连续地被“再加工”，这样就造成点蚀和最终疲劳失效。一般说“脊状延伸”是由于大的超载或润滑不充分形成的。

塑性变形可以在破坏之前和破坏同时发生。

塑性变形可以和点蚀、剥落同时发生。如渗碳后磨削过量，使驱动表面上的渗碳层太薄，以致承受不了作用载荷，结果驱动面上既产生塑性变形又产生点蚀。另外，当齿心部太软（22～27HRC），不足以支承渗碳层时，在载荷作用下，基体变形，导致同时发生塑性变形和剥落失效。

表层破碎也是塑性变形失效的一种表现形式，表层破碎可以是严重过载或齿廓曲率半径较大所引起，但对于给定的心部硬度和工作载荷来说，最普通的原因是表面硬化层深度不够，在表层破碎的情况下，表层硬金属被压入发生塑性变形的心部软金属。表层破碎伴随着开裂，裂纹从齿表面向心部扩展，并且常扩展到大多数齿表面，不限于齿根或齿顶高区，可扩展到齿表面的大部分而无点蚀证据。增加渗碳层深度和选用淬透性高的钢材（获得更高的心部硬度和强度），都可消除表面破碎失效现象。