齿轮传动的失效形式主要包括以下几种:
轮齿折断
疲劳折断:在正常工况下,当齿根的循环弯曲应力超过其疲劳极限时,将在齿根处产生疲劳裂纹,裂纹逐步扩展,致使轮因疲劳折断。
过载折断:若使用不当造成齿轮过载时,轮齿在突加载荷作用下也可能出现过载折断。
整齿折断:齿宽较小的直齿圆柱齿轮一般发生整齿折断。
局部折断:齿宽较大的直齿轮因制造装配误差使得载荷偏置于齿轮的一端,发生局部折断的可能性较大。斜齿圆柱齿轮和人字齿圆柱齿轮在接触线倾斜的情况下,轮齿受载后,如有载荷集中时,一般会发生局部折断。
齿面磨损
齿轮在传动过程中,齿面会受到摩擦和磨损,导致齿面变薄,甚至出现小坑或裂纹。磨损的类型有正常磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损等。非正常磨损后的齿廓几何学特征改变,侧隙增大,引起传动不平稳,严重时会造成断齿。
齿面点蚀
齿轮工作时,在循环接触应力、齿面摩擦力及润滑剂的反复作用下,在齿面或其表层内会产生微小的裂纹,这些微裂纹继续扩展,相互连接,形成小片并脱落,在齿面上出现细碎的凹坑或麻点,从而造成齿面损伤,称为疲劳点蚀。
齿面胶合
在高速重载的齿轮传动中,因齿面间的摩擦力较大,相对速度大,致使啮合区温度过高,一旦润滑条件不良,齿面间的油膜便会消失,使得两轮齿的金属表面直接接触,从而发生相互粘结。当两齿面继续相对运动时,较硬的齿面将较软的齿面上的部分材料沿滑动方向撕下而形成沟纹。
塑性变形
当轮齿材料过软时,若轮齿上的载荷所产生的应力超过材料的屈服极限时,轮齿就会发生塑性变形。
了解这些失效形式有助于采取针对性措施延长齿轮寿命。例如,通过改善润滑条件、控制载荷分布、选择合适的材料和热处理工艺等方法,可以有效减少齿轮的失效风险。