齿轮 轮齿的磨损和损伤 第1部分：术语和特性

齿轮轮齿的磨损和损伤第1部分：术语和特性1范围本部分规定了齿轮轮齿磨损和损伤的通用术语、定义及典型特性，适用于各类钢制齿轮，所界定的术语和特性描述也可参照适用于塑料、青铜、粉末金属等其他材质齿轮（不完全覆盖此类材质齿轮的全部失效模式）。本部分仅用于识别和记录齿轮运行一段时间后的轮齿形貌与状态，明确相关术语的一致性使用规范，不涉及轮齿磨损和损伤的起因分析、预防措施及解决方案，相关补充信息可参照对应标准第2部分。除非另有明确说明，本部分中的“齿轮”均包含主动轮和从动轮。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3374.1—2010齿轮术语和定义第1部分：几何学定义（ISO1122-1:1998，IDT）ISO10825-1:2022齿轮轮齿的磨损和损伤第1部分：术语和特性3术语和定义ISO1122-1界定的术语和定义适用于本文件，同时补充下列术语和定义，用于描述轮齿磨损和损伤相关特征。3.1基础术语轮齿磨损：轮齿在啮合传动过程中，因摩擦、介质作用等导致齿面材料逐渐损耗、齿廓形貌发生改变的现象，属于非疲劳类损伤的主要形式之一。轮齿损伤：轮齿在制造、安装或运行过程中，因各种因素导致的轮齿性能下降、形貌破坏或失效的各类现象，涵盖磨损、疲劳、断裂、塑性变形等多种形式。失效模式：轮齿损伤的具体表现形式，按损伤机制可分为摩擦损伤、疲劳损伤、非疲劳断裂、塑性变形、制造问题及其他表面损伤六大类。跑合：齿轮初期运行时，齿面细微凹凸被磨平、啮合精度逐渐提升的过程，属于正常磨损范畴，通常不视为失效；但过度跑合导致齿面过度损耗时，可判定为磨损损伤。3.2磨损相关术语磨光磨损：轮齿啮合过程中，齿面凸凹不平被逐步磨去，最终形成光滑镜面状的磨损形式，通常由轻微摩擦长期作用导致，初期不影响齿轮传动，过度磨光会导致齿厚减薄、啮合间隙增大。擦伤：齿面在滑动摩擦作用下，出现沿滑动方向的线状沟槽，类似被犁耕的损伤形式，属于磨料磨损的一种特殊表现，多由润滑不良或齿面存在微小硬质颗粒导致。磨料磨损：因齿面间存在硬质颗粒（如金属碎屑、灰尘），或齿面自身硬度不均，导致齿面被刮擦、产生不规则条痕并伴随材料损耗的磨损形式，是最常见的轮齿磨损类型之一。胶合：齿面在高负荷、高转速或润滑失效情况下，齿面金属发生局部熔化、粘连，随后在啮合滑动过程中被撕裂，形成明显粘撕沟痕的损伤形式，可分为中等胶合、破坏性胶合和局部胶合。黏着磨损：齿面接触时，局部压力过大导致接触点发生金属黏结，后续滑动过程中黏结处被撕裂，造成齿面材料脱落、形成凹坑或划痕的磨损形式，与胶合损伤机制相近但程度相对较轻。微动腐蚀磨损：相啮合的轮齿表面在微小振幅下发生相对往复运动，同时伴随氧化等化学腐蚀，导致齿面出现微小蚀坑、氧化皮脱落的磨损形式，多发生在轮齿接触边缘或啮合不充分区域。干涉磨损：齿轮啮合时，齿顶角部与相啮齿轮的齿根面发生干涉，导致齿根部位被挖损、材料损耗的磨损形式，主要由齿轮设计不当或安装偏差导致。3.3疲劳损伤相关术语疲劳损伤：轮齿在低于材料屈服强度的重复循环载荷或交变应力作用下，疲劳裂纹萌生、扩展，最终导致齿面材料脱落或轮齿断裂的损伤形式，是轮齿失效的主要原因之一。疲劳裂纹：在循环载荷作用下，轮齿表面或表层下产生的微小裂纹，初期不可见，随载荷循环次数增加逐渐扩展，最终导致轮齿失效。接触疲劳：轮齿齿面在反复接触应力作用下，出现的疲劳损伤形式，主要表现为点蚀、剥落、白层剥落、齿面断裂等，多发生在齿面节线附近。弯曲疲劳：轮齿在交变弯曲应力作用下，齿根部位产生疲劳裂纹，进而扩展导致轮齿断裂的损伤形式，齿根圆角处因应力集中，是弯曲疲劳裂纹的主要萌生部位。点蚀：接触疲劳的典型表现，齿面出现分散的微小麻点状凹坑，按发展程度可分为初期点蚀（跑合后不再扩展）、扩展性点蚀（持续扩展）和微点蚀（细微微小凹坑）。剥落：接触疲劳发展到一定程度，齿面材料以片状形式脱落，形成较大面积凹坑的损伤形式，可分为表层剥落和深层疲劳断裂。3.4非疲劳断裂相关术语非疲劳断裂：轮齿在瞬时过载、冲击载荷或其他非循环载荷作用下，发生的断裂损伤，可分为韧性断裂（先发生明显塑性变形）和脆性断裂（仅发生少量塑性变形），不涉及疲劳裂纹的萌生与扩展。齿根断裂：轮齿在冲击载荷或瞬时过载作用下，齿根部位发生的断裂，是最常见的非疲劳断裂形式，多与齿根圆角设计不合理、材料韧性不足或安装偏差有关。齿端断裂：轮齿端部发生的断裂，主要由轮齿端部受力集中、冲击载荷或安装时端部碰撞导致。轮齿剪断：轮齿在过大的剪切力作用下，沿齿宽方向发生的剪切断裂，多发生在模数较小、齿宽较窄的齿轮上。3.5塑性变形相关术语塑性变形：轮齿在载荷作用下发生的永久变形，移除载荷后变形无法恢复，可发生在齿廓表面、次表面或齿根圆角处，多由过载、冲击载荷或材料硬度不足导致。压痕：齿面受到硬质物体挤压，形成的局部凹陷变形，按形成原因可分为布氏压痕（硬度测试或硬质颗粒挤压导致）和冲击压痕（冲击载荷导致）。冷流动：轮齿在常温下受到较大载荷作用，齿面金属发生塑性流动，导致齿廓形貌改变的变形形式，常见于齿顶、齿根部位。热流动：轮齿在高温环境下（如润滑失效、高速运转产热），金属材料软化并发生塑性流动，导致齿廓严重变形的形式。齿根圆角屈服：齿根圆角部位在弯曲载荷作用下发生塑性屈服，导致圆角半径增大、应力集中加剧的变形形式，易引发后续疲劳断裂。其他塑性变形：包括滚压塑变、轮齿锤击塑变、起皱、起脊、飞边、干涉变形等，均属于轮齿在不同载荷或工况下的永久变形形式。3.6制造问题相关术语制造缺陷损伤：齿轮在锻造、热处理、磨削等制造过程中产生的缺陷，导致轮齿先天性能不足，易引发后续损伤或失效的各类现象。锻造裂纹：齿轮锻造过程中，因温度控制不当、变形量过大等原因，在轮齿或齿坯上产生的裂纹。硬化裂纹：齿轮热处理（如淬火）过程中，因冷却速度过快、内应力过大，在轮齿表面或内部产生的裂纹。磨削裂纹：齿轮磨削加工过程中，因磨削温度过高、磨削量过大等原因，在齿面产生的细微裂纹，易引发接触疲劳失效。其他制造缺陷：包括氢脆和内部残余应力致失效、磨削烧伤（磨削回火）、磨削缺口（非失效模式）、鳞蚀、表/心分离等，均属于制造过程中产生的轮齿损伤相关缺陷。3.7其他表面损伤术语腐蚀：轮齿表面与周围介质发生化学或电化学反应，导致材料劣化、表面出现锈斑或蚀坑的损伤形式，包括化学腐蚀、电化学腐蚀等。气蚀：齿轮在高速运转过程中，齿面附近形成真空气泡，气泡破裂时产生冲击压力，导致齿面出现微小蚀坑的损伤形式，多发生在润滑系统不良的齿轮中。冲蚀：强制润滑时，润滑油喷射产生的冲击作用，在轮齿表面形成局部侵蚀的损伤形式。电蚀：啮合齿面间发生放电现象，导致齿面产生蚀坑的损伤形式，多由齿轮系统存在静电或漏电导致。过热：齿轮运行过程中温度急剧升高，导致齿面出现回火色、材料硬度下降的损伤形式，多由润滑失效、高速重载或散热不良导致。4轮齿磨损和损伤的分类及特性4.1分类原则轮齿磨损和损伤按损伤机制分为六大类，各类损伤具有明确的外观特征和形成条件，可通过肉眼观察、显微镜检测等方式进行识别，各类损伤可能单独发生，也可能相互叠加。本部分不对“齿轮失效”进行定义，齿轮是否失效取决于具体应用场景中轮齿损伤的可接受程度。4.2各类损伤的核心特性4.2.1摩擦损伤（非疲劳）核心特性：无疲劳裂纹迹象，主要表现为齿面材料的逐步损耗，齿廓形貌发生改变但无明显断裂或塑性变形；损伤程度与摩擦时间、摩擦载荷、润滑条件及齿面清洁度密切相关；常见于齿轮长期轻载、低速运转或润滑不良的工况。典型表现：齿面光滑（磨光磨损）、线状沟槽（擦伤）、不规则划痕（磨料磨损）、粘撕沟痕（胶合）、微小蚀坑（微动腐蚀磨损）、齿根挖损（干涉磨损）等。4.2.2疲劳损伤核心特性：由重复循环载荷或交变应力引发，存在明显的疲劳裂纹萌生、扩展过程；损伤初期不可见，随载荷循环次数增加逐渐加剧，最终导致齿面材料脱落或轮齿断裂；多发生在齿轮长期高速、重载运转的工况，与齿面硬度、齿根圆角设计、材料疲劳强度密切相关。典型表现：齿面麻点状凹坑（点蚀）、片状材料脱落（剥落）、齿面局部断裂（齿面断裂）、齿根裂纹及断裂（弯曲疲劳）等。4.2.3非疲劳断裂核心特性：瞬时发生，无疲劳裂纹扩展过程，断裂面多呈现明显的脆性或韧性特征；主要由瞬时过载、冲击载荷或材料缺陷导致，发生概率较低但损伤后果严重，直接导致齿轮无法正常传动。典型表现：齿根断裂、齿端断裂、轮齿剪切断裂，断裂面平整（脆性断裂）或粗糙（韧性断裂）。4.2.4塑性变形核心特性：属于永久变形，移除载荷后无法恢复，齿廓形貌发生不可逆改变；主要由过载、冲击载荷或材料硬度不足导致，常发生在齿顶、齿根或齿面接触区域；变形后可能导致齿轮啮合精度下降、噪音增大，严重时引发后续磨损或断裂。典型表现：齿面凹陷（压痕）、齿廓变形（冷流动、热流动）、齿根圆角增大（齿根圆角屈服）、齿面起皱、起脊或出现飞边等。4.2.5制造问题导致的损伤核心特性：属于先天缺陷，齿轮出厂前即存在，损伤位置、形态与制造工艺密切相关；此类缺陷会降低轮齿的承载能力和疲劳强度，易在后续运行过程中引发二次损伤（如疲劳裂纹、断裂）。典型表现：齿轮表面或内部裂纹（锻造、硬化、磨削裂纹）、齿面烧伤痕迹（磨削烧伤）、齿面鳞片状凸起（鳞蚀）、材料表层与心部分离（表/心分离）等。4.2.6其他表面损伤核心特性：由化学、电化学、物理冲击等非摩擦、非疲劳因素导致，主要损伤轮齿表面，影响齿面粗糙度和啮合性能，长期发展可能引发其他类型损伤；损伤程度与环境介质、润滑条件、运行工况密切相关。典型表现：齿面锈斑（腐蚀）、微小蚀坑（气蚀、冲蚀、电蚀）、表面回火色（过热）等。5术语使用说明5.1本部分规定的术语为轮齿磨损和损伤的首选术语，