轮齿的失效形式主要有以下五种:
1.轮齿折断
轮齿折断一般发生在齿根部分,因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大,而且有应力集中。轮齿传递载荷时,齿根产生的应力是变应力。在载荷的多次重复作用下,弯曲应力超过弯曲疲劳极限时,齿根部分就会产生疲劳裂纹,裂纹逐渐扩展便造成轮齿折断(图7-28),这种折断称为疲劳折断。若轮齿单侧工作时,根部弯曲应力一侧为拉伸,另一侧为压缩,轮齿脱离啮合时,弯曲应力为零,因此不论是哪一侧,其应力都是按脉动循环变化。若轮齿双侧工作时,则根部弯曲应力受拉一侧与受压缩一侧可视为交替变化,则弯曲应力按对称循环变化。
图7-28 轮齿折断
轮齿因短时严重过载或受到过大的冲击载荷而引起的突然过载,称为过载折断。用淬火钢或铸铁制成的齿轮,容易发生这种折断。
增大齿根过渡圆角半径、降低表面粗糙度以减小齿根应力集中;在齿根处进行喷丸或碾压等表面强化处理,都能提高轮齿抗折断的能力。
2.齿面点蚀
图7-29 轮齿点蚀
轮齿工作时,其工作表面上任一点所产生的接触应力由零(该点未进入啮合时)增加到一最大值(该点啮合时),齿面接触应力是按脉动循环变化的。当应力和它多次重复的次数超过接触疲劳极限时,齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹,裂纹的扩展使表面金属微粒剥落下来形成疲劳点蚀。点蚀破坏了渐开线齿廓,使传动不平稳,噪音增大,最后因轮齿啮合状况恶化而报废。实践证明,疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处(图7-29)。
在软齿面(HBS≤350)的闭式齿轮传动中,齿轮常因齿面疲劳点蚀而被破坏。开式传动由于齿面磨损较快,点蚀还来不及出现扩展即被磨掉,所以一般看不到点蚀现象。
齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关,因此提高齿面硬度是防止点蚀破坏的有效措施。3.齿面磨损(www.xing528.com)
互相啮合的两齿面之间有相对滑动,如果两齿面表面加工粗糙或由于磨料、尘土等杂质落入齿面间,齿面便被逐渐磨损,这种磨损称为磨粒磨损(图7-30)。磨粒磨损使轮齿失去正确的齿形,严重时导致轮齿过薄而折断。磨粒磨损在开式传动中是难以避免的,因此采用闭式传动,减少齿面粗糙度,保持良好的润滑,是防止和减轻这种磨损的有效办法。
4.齿面胶合
在高速重载的齿轮传动中,由于齿面压力大,圆周速度高而在啮合处产生的瞬时高温致使油膜破裂,以使两个相互接触的轮齿表面发生粘连,当齿轮继续转动时,较软齿面沿滑动方向被撕下形成沟纹,这种现象称为胶合(图7-31)。低速重载时,由于润滑油膜不易形成,也会出现冷胶合。
图7-30 齿面磨损
图7-31 齿面胶合
提高齿面硬度和减小粗糙度,对低速传动采用较大粘度润滑油,对高速传动可采用含有抗胶合添加剂的润滑油,都能提高齿轮传动的抗胶合能力。
5.齿面塑性变形
齿面较软的齿轮,低速重载时由于摩擦力的作用,齿面表层材料因屈服产生塑性流动而形成齿面塑性变形(图7-32)。这种损坏常在过载严重和启动频繁的传动中遇到。
适当提高齿面硬度,采用粘度大的润滑油,可减轻或防止齿面塑性变形。
图7-32 齿面塑性变形
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