《机械设计与应用案例化教程（第二版）》 课件 项目二任务二知识点5：齿轮传动的失效形式

项目二、机械传动系统的工作情况分析与设计主讲教师|付春梅

任务2输送机减速器齿轮传动的设计知识点5：齿轮传动的失效形式(a)输送机齿轮减速器装配简图(b)输送机齿轮减速器立体图齿轮传动的特点与类型1渐开线形成与特性渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动2345齿轮传动的失效形式6齿轮的常用材料标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算7齿轮传动设计参数的选择齿轮的结构设计标准直齿圆柱齿轮传动的设计891011齿轮传动装置的润滑12案例分析齿轮传动的失效形式5一、轮齿折断二、齿面疲劳点蚀三、齿面磨损四、齿面胶合五、齿面塑性变形一、轮齿折断

轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根部产生的弯曲应力最大。当该应力值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿根处产生疲劳裂纹，如图1所示。并不断扩展使轮齿断裂。随着应力循环次数的增加，疲劳裂纹逐渐扩展，当弯曲应力超过材料的极限应力时，将导致轮齿弯曲疲劳折断。过载折断通常是由于瞬时意外过载或冲击载荷，使轮齿危险截面上的弯曲应力超过材料的极限应力而引起的。对于直齿圆柱齿轮，齿根裂纹一般从齿根沿轮齿齿向扩展，所以发生轮齿全齿折断，对于齿宽较大的直齿圆柱齿轮，如果制造和安装不良，或者轴变形过大，局部受载严重时，也会发生轮齿局部折断。轮齿折断是闭式硬齿面钢齿轮和铸铁齿轮传动的主要失效形式。提高轮齿抗折断能力的措施：增大齿根圆角半径，消除加工刀痕以降低齿根应力集中；增大轴及支承物的刚度以减轻局部过载的程度；对轮齿进行表面处理以提高齿面硬度。二、齿面疲劳点蚀

由于变形接触应力的反复作用，接触应力的最大值超过了材料的接触疲劳极限应力值，随着应力循环次数的增加，便产生一些不规则的细微的疲劳裂纹，封闭在微裂纹中的润滑油在压力的作用下，产生楔挤的作用，使微裂纹逐渐扩展，随着应力循环次数的继续增大，最终导致齿面的金属微粒脱落下来，形成麻点状的小凹坑，这就是齿面疲劳点蚀。

齿面疲劳点蚀一般发生在闭式软齿面齿轮传动中，开式齿轮由于磨损严重，很少出现点蚀。为了防止齿面过早发生齿面疲劳点蚀，采取的主要措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度值；增大润滑油粘度。三、齿面磨损

齿面磨损分为研磨磨损和磨粒磨损。磨粒磨损是指由于灰尘、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。防止齿面磨损的主要措施：采用闭式传动，提高齿面硬度并降低表面粗糙度值，选择合适的乳化剂和润滑方式，并保持润滑剂的清洁等，都是防止或减轻齿轮传动轮齿齿面磨损的措施。四、齿面胶合

齿轮传动在低速重载时，由于速度较低而无法形成润滑油膜，导致润滑失效；而在高速重载时，由于啮合区的局部温度升高，使润滑油的黏度降低从而使润滑油膜破裂，导致润滑失效。这两种情况都将使两轮齿齿面的金属之间的压力加大，同时在局部瞬时高温的作用下，两接触齿面金属被熔焊黏着，产生齿面胶合失效。

产生胶合以后，在较软的齿面上的金属将被撕开，形成胶合沟。防止胶合的措施：采用黏度较大或抗胶合性能好的润滑油（如硫化油），提高齿面硬度以增强其抗胶合能力，选择胶合能力强的材料组合等，都可以提高齿面的抗胶合能力。五、齿面塑性变形

当齿轮轮齿材料硬度不足，而载荷和摩擦力又较大（特别是冲击载荷）时，轮齿在啮合过程中，在摩擦力的作用下，使齿面表层金属产生塑性流动，材料容易沿着摩擦力的