如何预防机械工程中齿轮的失效

    摘要：在机械工程中，由齿轮引发的机械事故较多，因此本文对常见的齿轮失效形式进
行了介绍，并提出了相应的预防措施。

 

　　关键词：齿轮

 失效 预防 

　　在现代机械传动中，齿轮作为其中的一个重要组成部分，已经广泛的被应用在各类机
械设备应用中。相关统计表明，由齿轮失效引起各类机械事故的发生率超过了

10%。 

　　

1、齿轮失效形式 

　　齿轮有多种类型，不同类型的齿轮的用途也各不相同。同时，齿轮在实际生产应用中，
其失效形式也是存在着不同的差异。通常情况下，齿轮的失效部位多为齿面，其他部位则很
少发生。根据工作过程中齿轮出现故障的原因，常见的齿轮失效形式分为以下几种。

 

　　

1.1 齿轮折断 

　　在机械工程中，齿轮折断有着很大的危险性，这类现象的发生直接导致齿轮最终失效。
按照其引发机制可分为疲劳折断、过载折断以及随机折断。

 

　　疲劳断裂。齿轮在循环载荷的作用影响下，齿根处将会集中较大的弯曲应力，长此以往，
如果集中的应力超出了齿轮的疲劳极限，那么就容易在齿根圆角部位出现疲劳裂纹。随着齿
轮循环次数和工作时间的的增加，经过长期的重复工作，疲劳裂纹将会不断加深扩展，终
将出现疲劳断裂。有较多的因素可以预防齿轮形成疲劳断裂，如齿轮设计时未能充分的估计
实际荷载、齿根过渡圆角小、加工精度低、齿轮材料不当等等。

 

　　过载折断。当过大的冲击荷载附加在齿面时，就会相应的导致齿轮应力大于其应力极限。
进而导致齿轮出现过载断裂。通常为短期过载。在机械工程中，齿轮出现过载断裂时，在断
面部分有人字型花样放射区，或直接呈放射状，其中放射方向基本上平行于裂纹扩展方向
断裂源为放射中心，在齿轮折断的部位，可见壳纹疲劳线。机械工程中若采用铸铁齿轮时，
那么发生过载断裂的几率则更高。

 

　　随机断裂。当齿轮材料剥落、缺陷而在断裂部位集中了较高的局部应力后，那么就将会
形成齿轮的随机折断。这种随机折断的断口形式类似于疲劳断裂。

 

　　

1.2 齿面胶合 

　　齿轮在机械运动过程中，往往是进行高速重载传动，齿轮在发生传动时，机械摩擦力
做功会使齿合区的温度上升，这就在一定程度上破坏了润滑油膜，进而导致两个齿面金属
直接接触，且相互粘连，进而在齿面进行相对滑动，相对较软的齿面金属则会随着齿轮的
滑行方向被撕下，并产生沟纹，齿轮发生的这种现象则称为胶合。结合齿面胶合的不同原因
和特征，可将其分为破坏性胶合、轻微胶合、局部胶合及中等胶合等。齿轮若发生齿面胶合后，
将会引发强烈的发热现象和磨损、出现不平稳的传动，甚至是导致齿轮报废。

 

　　

1.3 齿面点蚀 

　　在工作过程中，齿轮齿合表面上的每一个点产生的接触应力都是根据其工作状态进行
变化的。如果齿面的接触应力大于材料的接触应力的极限值时，那么将会有一些细微的疲劳
裂纹在齿面表层形成，随着裂纹的扩展，逐渐剥落齿轮表层的金属微粒，进而出现一些细
小的坑洼，又被俗称为点蚀麻坑。齿面在出现点蚀后，其承载面积将会减少，引发噪音或冲
击，甚至会折断齿轮。倘若齿轮的点蚀面积大于齿宽、齿高的

60%，则要对零件进行更新。 

　　

1.4 齿面磨损 

　　齿面磨损通常有两种形式：一种是齿面进入了砂粒、铁屑等硬质屑粒，进而形成磨粒磨
损现象，另一种是齿轮表面的相互摩擦而形成研磨磨损。如图

1 所示。当齿轮表面出现过渡

磨损后，会大量的磨损工作表面材料，破坏齿轮形状，极易引发严重的振动和噪音，进而
导致齿轮传动失效。所以，在关键的重要齿轮中，齿面磨损要小于原齿厚度的

10%，而对于