齒輪輪齒損傷的術(shù)語(yǔ)、特征和原因
UDC 62.833 : 001.4
GB 3481-83
本標(biāo)準(zhǔn)為鋼、鑄鐵和銅合金齒輪的一般損傷型式提供統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)。本標(biāo)準(zhǔn)各詞條對(duì)損傷的特征和原因的敘述，是為了說(shuō)明各術(shù)語(yǔ)的含義和鑒別損傷的類型。
本標(biāo)準(zhǔn)不作為齒輪是否失效的判據(jù)。附錄A 中所列的有關(guān)損傷的對(duì)策，只是一般性的指導(dǎo)準(zhǔn)則，因?yàn)槟骋积X輪特定損傷型式的判別和對(duì)策需要有專門的經(jīng)驗(yàn)和分析研究，故不屬于本標(biāo)準(zhǔn)范圍。
對(duì)于其他材質(zhì)和某些特殊的齒輪，其輪齒的損傷型式，可大致地參用本標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容。
1 磨損wear
磨損是在嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，輪齒接觸表面上的材料摩擦損耗的現(xiàn)象。
1.1 輕微磨損Polishing
輕微磨損是一種相當(dāng)緩慢的磨損現(xiàn)象。接觸表面上的微凸休逐漸磨平，直到出現(xiàn)非常光滑的表面為止。
圖l 輕微磨損
機(jī)車齒輪，m=12mm ，材料20CrMnTi ，滲碳淬火HRC58～62 ，工作8000 小時(shí)后齒面如鏡面樣光亮平滑。
通常，輪齒由于接觸表面的粗糙度與潤(rùn)滑油粘度、齒面工作速度、工作載荷之間不相匹配，造成彈性流體潤(rùn)滑油膜厚度不夠，導(dǎo)致齒面微凸體峰部被剪切掉或某種塑性變形，使工作齒面微凸體逐漸磨平，粗糙度逐漸變小。
1.2 中等磨損Moderate Wear
中等磨損是一種比較常見(jiàn)的磨損現(xiàn)象，它可存在于齒輪傳動(dòng)的整個(gè)設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)．中等磨損的齒輪，節(jié)線上下齒面上的材料都有一定移失、離相對(duì)措動(dòng)速度為零的竹線愈遠(yuǎn)，磨損量愈大．在此節(jié)線位置上，逐漸呈現(xiàn)出一條近于連續(xù)的線。
圖2 中等磨損
機(jī)車齒輪，m＝10mm，材料20CrMnTi，滲碳淬火HRC58～62，工作7000 小時(shí)以上，齒面上節(jié)線附近可見(jiàn)一條明顯的連續(xù)線，上齒面有輕微的磨痕。
由于工作速度、載荷、溫度、潤(rùn)滑劑性能等方面的限制，齒輪常在邊界潤(rùn)滑或接近邊界潤(rùn)滑的狀態(tài)下工作；潤(rùn)滑系統(tǒng)中少量的污染雜質(zhì)，都可能引起中等磨損。
1.3 過(guò)度磨損Exce : sive Wear
工作齒面材料大量磨掉，齒廓形狀破壞，磨損率很高，齒輪將達(dá)不到其設(shè)計(jì)壽命．節(jié)線附近有時(shí)伴隨點(diǎn)蝕，常導(dǎo)致嚴(yán)重噪聲和系統(tǒng)振動(dòng)，最終使齒輪不能正常工作。
圖3 過(guò)度磨損
磨礦機(jī)齒輪m=24mm，工作齒面嚴(yán)重磨損，出現(xiàn)明顯的臺(tái)階，齒厚減薄，齒廓遭到破壞。
潤(rùn)滑系統(tǒng)和密封裝置不良，油膜建立不起來(lái)，系統(tǒng)有嚴(yán)重振動(dòng)、沖擊載荷等都能導(dǎo)致齒面過(guò)度磨損。
1.4磨紋磨損Abrasive Wear
輪齒接觸表面上沿滑動(dòng)方向常有較均勻的條痕，這種多次摩擦產(chǎn)生的條痕一般具有重疊的特征。
圖4 磨粒磨損
平爐傾動(dòng)裝里開(kāi)式齒條m = 65mm，由于護(hù)渣顆粒落入嚙合齒面，導(dǎo)致齒面呈現(xiàn)均勻的條痕。
圖5 磨粒磨損
礦山電鏟行走機(jī)構(gòu)減速器齒輪m＝24mm ，因潤(rùn)滑油中的磨料導(dǎo)致齒面呈現(xiàn)勻布的條痕。
落在工作齒面間的外部顆粒，起著磨粒作用，引起磨粒磨損。磨�？梢允驱X輪和軸承等零件因損傷產(chǎn)生的顆粒、焊接飛濺物、氧化皮、銹蝕物、型砂和其他類似的金屬和非金屬物。這種磨損常由于新齒輪裝置跑合后未予清洗以及其他原因使?jié)櫥捅晃廴径斐伞?duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，磨粒磨損更為嚴(yán)重。
1.5 腐蝕磨損Corrosive Wear
這是一種以化學(xué)腐蝕作用為主、并伴有機(jī)械磨損的輪齒損傷型式．齒面上呈現(xiàn)均勻分布的腐蝕麻坑，工作齒面沿滑動(dòng)方向并伴有磨蝕痕跡。
圖6 腐蝕磨損
齒輪表面普誼呈現(xiàn)明顯的化學(xué)腐蝕麻點(diǎn)，工作齒面腐蝕后磨損，齒形改變。
進(jìn)入潤(rùn)滑劑中的活性成分和輪齒材料發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，引起齒面腐蝕．由于摩擦或沖刷作用而使蝕斑被磨失或沖掉，形成腐蝕磨損．在高溫時(shí)，極壓添加劑會(huì)形成非常活潑的腐蝕劑而侵蝕齒面．工藝過(guò)程中殘留于齒面上的不利介質(zhì)也會(huì)引起腐蝕磨損。
1.6 膠合Scoring
膠合是相嚙合齒面的金屬，在一定壓力下直接接觸發(fā)生粘著，同時(shí)隨著齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使金屬?gòu)凝X面上撕落而引起的一種嚴(yán)重粘著磨損現(xiàn)象。根據(jù)一定工作條件下粘著概念的內(nèi)涵特征不同，膠合可有熱應(yīng)合與冷膠合之分。熱膠合通常是由于嚙合處局部過(guò)熱導(dǎo)致兩接觸齒面金屬融焊而粘著，而冷碎合娜暈由于嚙合處局部壓力很高、且速度低而使兩接觸表面間表面膜被刺破而粘著。齒面產(chǎn)生熱膠合的部位常呈現(xiàn)過(guò)熱特征（回火色），而冷膠合常在齒面上局部發(fā)生。
1.6.1 輕徽膠合Slightscoring
輕微膠合常呈現(xiàn)為在靠近齒頂或靠近齒根的齒面上沿滑動(dòng)方向極輕微而細(xì)密的傷痕（一條暗帶），有時(shí)要借助子顯微鏡才能見(jiàn)到其粘著痕跡。
圖7 輕微膠合
高速齒輪們m＝3.7mm，滲碳淬火HRC> 62，齒面頂部呈現(xiàn)輕微膠合的暗帶。
這種損傷可能是由子在運(yùn)轉(zhuǎn)初期相嚙合齒面的潤(rùn)滑條件與工作情況不甚協(xié)調(diào)，但材質(zhì)條件較好而造成的，它也可能是由于輕微干涉而引起的。
6.2 中等膠合Moderate Scoring
這種損傷表現(xiàn)為輪齒的齒頂部、齒根部，為明顯。這種膠合的條紋較細(xì)較淺。
圖8 中等膠合
齒頂部呈現(xiàn)細(xì)而淺的膠合條紋。
齒輪嚙合處的局部過(guò)高溫度而使?jié)櫥湍て屏咽钱a(chǎn)生這種損傷的主要條件。
1.6.3 破壞性膠合Destructive scoring
沿滑動(dòng)方向呈現(xiàn)明顯的粘撕溝痕．整個(gè)齒面尤其是齒頂部有明顯的材料移失跡象，相對(duì)滑動(dòng)速度為零的工作節(jié)線明顯，齒廓幾乎完全毀壞，振動(dòng)噪聲增大，齒輪很快失效。
圖9 破壞性膠合
機(jī)床齒輪m=5mm,材料20Cr ，滲碳淬火HRC58～62 ，因嚴(yán)重缺油造成齒面破壞性膠合，齒頂部膠合溝痕更為明顯。
圖10 破壞性膠合
珠光體球墨鑄鐵齒輪，m=5mm，因嚴(yán)重過(guò)載造成齒面破壞性膠合，工作齒面材料嚴(yán)重移失，節(jié)線明顯可見(jiàn)。
這種損傷是由于潤(rùn)滑不充分，工作溫度過(guò)高、齒面接觸應(yīng)力或速度過(guò)高等原因引起的過(guò)熱所造成。
1.6.4 局部膠合Localized Scoring
在形貌上它與中等膠合有相似之處，但僅發(fā)生于相接觸齒面的局部區(qū)域上，并不沿相接觸的全部齒面延伸、擴(kuò)展。
圖11 局部膠合
航空高速齒輪m=3mm，材料12CrZNi4A ，表面滲碳HRC > 62 ，在齒頂部中部局部區(qū)域發(fā)生膠合。
圖12 局部膠合
航空高速齒輪m= 3mm，材料12CrZN過(guò)A，表面滲碳淬火HRC>62，在齒面膠合區(qū)域上疊加有明顯的局部膠合傷痕。
通常局部膠合是由于載荷集中造成的。載荷集中可能是設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的，也可能是制造誤差、安裝誤差、外載荷引起的偏斜或齒面不均勻冷卻形成的。在鼓形齒中，當(dāng)鼓形量過(guò)大時(shí)，在凸起部分上也會(huì)形成載荷集中而引起局部膠合。齒輪熱膨脹不均勻也會(huì)形成凸起效應(yīng)而導(dǎo)致載荷集中，尤其齒寬較大時(shí)，齒輪的中部比兩端溫升高、熱膨脹量大，這種毛病易于出現(xiàn)。
2 齒面疲勞Surface Fatigue
齒面疲勞是由表面或次表面的疲勞裂紋擴(kuò)展而成的一種齒面損傷，它取決于相嚙合齒面的接觸應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
齒面疲勞裂紋常呈現(xiàn)為不規(guī)則的細(xì)線狀。疲勞裂紋擴(kuò)展的結(jié)果，使齒面金屬脫落而形成凹坑。這些凹坑的大小，視材料性能、載荷大小等因素而定。這些凹坑，有的不再擴(kuò)展，有的則不斷擴(kuò)展而連成一片。
2.1 點(diǎn)蝕Pitting
它是一種齒面呈麻點(diǎn)狀的齒面疲勞損傷。
2.1.1 早期點(diǎn)蝕Initial Pitting
出現(xiàn)的麻點(diǎn)一般較小、數(shù)目不多，常發(fā)生在局部過(guò)高應(yīng)力區(qū)。齒面跑合后，接觸應(yīng)力趨向均勻，麻點(diǎn)不再繼續(xù)擴(kuò)展。如果早期點(diǎn)蝕的點(diǎn)蝕坑面積在工作齒面上占的比例過(guò)大，就會(huì)發(fā)展成為破壞性點(diǎn)蝕。
圖13 早期點(diǎn)蝕
船舶齒輪m=5mm，材料40Cr硬度HB255～280，輪齒工作齒面節(jié)線附近呈現(xiàn)較細(xì)小的麻點(diǎn)。
圖14 早期點(diǎn)蝕
試臉齒輪m＝5mm，材料45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)不久齒面出現(xiàn)少量麻點(diǎn)，直至循環(huán)次數(shù)大于107，麻點(diǎn)也未擴(kuò)大。
通常早期點(diǎn)蝕是由于相嚙合的齒面貼合不良造成局部過(guò)載而引起的。齒形誤差、齒面凹凸不平或軸姆歪斜等都能導(dǎo)致這種損傷。
2.1.2 破壞性點(diǎn)蝕 Destructive Pitting
這種點(diǎn)蝕的麻點(diǎn)，常比早期點(diǎn)蝕的大而深，一般首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根表面上，并且不斷擴(kuò)費(fèi)，最后導(dǎo)致輪齒失效。通常破壞性點(diǎn)蝕是由于齒面上過(guò)高的應(yīng)力引起的，隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增多，敘點(diǎn)蝕不斷擴(kuò)展，從而導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)不良和噪聲增大。
圖15 破壞性點(diǎn)蝕
軋鋼機(jī)齒輪m=16mm，材料40Cr ，節(jié)線附近齒面點(diǎn)蝕麻坑擴(kuò)展，幾乎達(dá)整個(gè)齒寬。
2.2 剝落Spalliog
剝落是指齒面上的材料成片剝離的一種輪齒損傷．剝落坑的形狀不規(guī)則，一般較為淺平，而且比點(diǎn)蟲(chóng)坑大些。
這種損傷通常都是在過(guò)高的接觸應(yīng)力反復(fù)作用下，疲勞裂紋發(fā)展到一定程度后齒面材料碎裂而形成的。
剝落可以在點(diǎn)蝕坑的邊緣碎裂擴(kuò)大連接而成，這種情況一般在中硬材料的輪齒上最為常見(jiàn)。
表面硬化處理的輪齒，由于材料缺陷、熱處理毛病、磨削過(guò)熱以及載荷過(guò)大等原因使齒表層或次表層的應(yīng)力超過(guò)該處材料的極限應(yīng)力，裂紋就在表層或次表層內(nèi)產(chǎn)生。然后裂紋在表層內(nèi)或沿著齒表層軟硬過(guò)渡區(qū)延伸和擴(kuò)展，齒面金屬被壓碎呈片狀剝落而形成剝落坑，這種剝落損傷通常也稱表層壓碎。
圖16 剝落
軋鋼機(jī)人字齒輪mn=33mm，材料4oCr，硬度HB 217～255，齒面大塊剝落是由點(diǎn)蝕坑碎裂擴(kuò)展而成。
圖17 剝落
鋁鐵青銅蝸輪m＝20mm，呈現(xiàn)大面積剝落。
圖18 剝落
汽車齒輪m＝9.879mm，材料20MnVB，滲碳淬火表面硬度HRC56～62，由于載荷過(guò)大造成齒表面金屬壓碎剝落。
圖19 剝落
本圖為圖18 齒輪輪齒的金相試樣局部放大，約3.5 倍。
圖20剝落
汽車齒輪m=9.879mm，材料20MnVB，滲碳淬火表面硬度HRC56～62，硬化層過(guò)渡區(qū)的裂紋擴(kuò)展到齒面造成齒面材料大片脫落。
圖21 剝落
本圖為圖20 齒輪輪齒的局部放大，約3.5倍，由圖可見(jiàn)過(guò)渡區(qū)裂紋的擴(kuò)展情況。
3 塑性變形Plastlc Deformation
在過(guò)大的應(yīng)力作用下，輪齒材料因屈服產(chǎn)生塑性流動(dòng)而形成齒面或齒體的塑性變形．它一般多發(fā)生于硬度低的齒輪上：但在重載作用下，硬度高的齒輪上也常發(fā)生。
3.1 碾擊塑變Cold Flow
在相互滾碾和沖擊作用下，表面及次表面材料出現(xiàn)明顯的金屬流動(dòng)。在齒頂棱和齒端面上出現(xiàn)飛邊；有時(shí)齒頂被嚴(yán)重滾圓，接觸齒面被壓陷；有的在主動(dòng)輪的輪齒上沿相對(duì)滑動(dòng)速度為零的節(jié)線被碾出溝槽，而在從動(dòng)輪的輪齒上被擠出脊棱。
輪齒材料硬度過(guò)低，接觸應(yīng)力過(guò)高，齒輪傳動(dòng)嚙合不良，動(dòng)載荷太大以及潤(rùn)滑不良等都會(huì)引起碾擊塑變。
圖22 碾擊塑變
礦山用電鏟開(kāi)式齒輪m=22mm ，在重載和沖擊作用下，齒面呈現(xiàn)明顯的塑性變形，齒頂和端部出現(xiàn)飛邊，齒面節(jié)線附近出現(xiàn)一條凹溝，齒形明顯改變。
3.2 鱗皺Rippling
這是一種呈魚(yú)鱗狀皺紋的齒面塑性變形，這種皺紋垂直于滑動(dòng)速度方向。它一般發(fā)生在硬齒面上，但在較軟的齒面上有時(shí)也能發(fā)生。輕度的鱗皺，只要不任其發(fā)展，對(duì)齒輪傳動(dòng)沒(méi)有明顯的影響。但嚴(yán)重的鱗皺會(huì)使齒廓破壞，并引起其他型式的嚴(yán)重?fù)p傷。
圖23 鱗皺
齒面呈現(xiàn)魚(yú)鱗狀塑性變形皺紋。
鱗皺通常是在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于潤(rùn)滑不良及高壓力的作用下，工作齒面間產(chǎn)生“爬行”（粘附滑動(dòng)現(xiàn)象）的結(jié)果。它往往與低速（或中速）條件下油膜厚度不足、振動(dòng)等因素有關(guān)。雖然發(fā)生鱗皺的某些條件與發(fā)生磨損相類似，但它是一種齒面塑性流動(dòng)。
3.3起脊Ridging
它主要是由于表面或次表面材料的塑性流動(dòng)和齒面間的摩擦，使整個(gè)工作齒面上，沿滑動(dòng)方向形成明顯的脊校。這種輪齒損傷常出現(xiàn)在孟載的蝸桿傳動(dòng)和準(zhǔn)雙曲線齒輪傳動(dòng)中。
起脊是由于高的接觸應(yīng)力、低的滑動(dòng)速度和齒面間潤(rùn)滑不良，使表面或次表面的材料沿滑動(dòng)方向發(fā)生塑性流動(dòng)而產(chǎn)生的。
圖24 起脊
汽車后橋表面硬化準(zhǔn)雙曲線小齒輪m=5.439mm，沿滑動(dòng)方向有明顯的塑性變形脊棱。
3.4 壓痕Indenting
通常，在齒面上壓出的凹痕較為淺平，但嚴(yán)重的壓痕常伴有局部的輪齒變形，甚至使正常嚙合遭到破壞。
外界異物或從輪齒上掉下的金屬碎片進(jìn)入嚙合，是造成壓痕的直接因素。
圖25 壓痕
機(jī)車齒輪m=5mm ，材料40Cr ，因嚙合齒面間落入異物造成壓痕。
圖26 壓痕
剪切機(jī)齒輪m=8mm，因異物落入嚙合區(qū)，造成輪齒嚴(yán)重塑性擠壓變形。
3.5齒體塑變Tooth Plastic Flow
一個(gè)（或多個(gè)）齒的齒體或其部分發(fā)生塑性變形。輪齒呈現(xiàn)歪扭，齒形劇變。硬齒面輪齒還常伴有變色現(xiàn)象。
通常由于潤(rùn)滑失常所造成的劇烈溫升，使齒輪材料的屈服強(qiáng)度降低而引起輪齒熱塑變形。對(duì)于強(qiáng)度低的塑性材料，在過(guò)大的載荷作用下，輪齒可發(fā)生冷塑變形。
圖27 齒體塑變
軋鋼機(jī)工作輥道圓錐齒輪，m=20mm,45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，由于過(guò)載或載荷集中造成齒體嚴(yán)重冷塑變形。
4 輪齒折斷Breakage
輪齒折斷是指齒輪一個(gè)或多個(gè)齒的整體或其局部的斷裂。它通常是由于輪齒的交變應(yīng)力超過(guò)了材料的疲勞極限所造成。有時(shí)，也可能由短時(shí)過(guò)載所造成。
4.1 疲勞折斷Fatigue Breakage
疲勞折斷是指起源于齒根處的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展所造成的斷齒。這種疲勞裂紋常發(fā)生在齒根圓角半徑方向，呈細(xì)線狀。疲勞折斷的斷口一般分為疲勞擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)折斷區(qū)。疲勞擴(kuò)展區(qū)的表面通常較光滑，常可觀察到由疲勞源開(kāi)始的“貝殼紋”狀的疲勞擴(kuò)展跡線。疲勞源及其附近區(qū)域，在外觀上常呈“眼”狀，但有的“眼”在宏觀上不明顯。瞬時(shí)折斷區(qū)的表面粗糙，參差不齊。
疲勞斷齒的根本原因是：輪齒在過(guò)高的交變應(yīng)力多次作用下，從齒根疲勞源起始的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，使輪齒剩余截面上的應(yīng)力超過(guò)其極限應(yīng)力．傳動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)載荷輪齒接觸不良、齒根圓角半徑過(guò)小和齒根表面粗糙度過(guò)高、滾切時(shí)的拉傷、材料中的夾雜物、熱處理產(chǎn)生的微裂紋磨削燒傷及其他有害殘余應(yīng)力等因素，都會(huì)促成輪齒疲勞折斷。
圖28 疲勞裂紋
齒根圓角部分呈現(xiàn)疲勞裂紋。
圖29 疲勞折斷
破碎機(jī)小錐齒輪m= 30mm ，材料40Cr 調(diào)質(zhì)硬度HB233 ，輪齒斷口呈現(xiàn)明顯的貝紋狀疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和表面粗糙不平的瞬時(shí)折斷區(qū)。
圖30 疲勞折斷
軋機(jī)齒輪m＝16mm，材料35SiMn2MoV，中頻淬火HRC>45，輪齒斷口可見(jiàn)明顯的疲勞源和疲勞裂紋擴(kuò)展的跡線。
4.2 過(guò)載折斷Overload Breakage
過(guò)載折斷通常是由于短時(shí)意外的嚴(yán)重過(guò)載所造成的，其斷口一般較粗糙，沒(méi)有疲勞折斷斷口的典型特征。
圖31 過(guò)載折斷
起重機(jī)齒輪m＝8mm,45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，由于突然過(guò)載造成多個(gè)輪齒從根部彎斷。
過(guò)載折斷主要是由于輪齒的應(yīng)力超過(guò)其極限應(yīng)力所造成的。載荷的嚴(yán)重集中、動(dòng)載荷過(guò)大、軸承損壞、傳動(dòng)件失效以及有較大硬質(zhì)異物進(jìn)入嚙合處等，均能引起過(guò)載折斷。
4.3 隨機(jī)斷裂Random Fracture
隨機(jī)斷裂是指不與齒根圓角截面有關(guān)的疲勞斷齒，它可以由缺陷或過(guò)高的有害殘余應(yīng)力位置而發(fā)。其斷口與一般疲勞折斷的斷口相似。
隨機(jī)斷裂通常是由于輪齒缺陷、點(diǎn)蝕或其他應(yīng)力集中源在該處形成過(guò)高局部應(yīng)力集中引起的。夾雜物、微細(xì)磨削裂紋等輪齒的缺陷在交變應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)展導(dǎo)致齒的斷裂。不適當(dāng)?shù)臒嵬饫硭纬傻倪^(guò)高有害殘余應(yīng)力能引起齒的局部斷裂。較大的異物進(jìn)入嚙合處也會(huì)使局部輪齒產(chǎn)生低周疲勞折斷。
圖32 隨機(jī)斷裂
貝氏體球墨鑄鐵齒輪，m＝5mm，硬度HRC43，由于齒面缺陷造成隨機(jī)斷裂。
圖33 隨機(jī)斷裂
采煤機(jī)雙聯(lián)齒輪m=10mm，材料30CrMnTi滲碳淬火HRC58～62，由于熱處理缺陷造成過(guò)渡層裂紋導(dǎo)致隨機(jī)斷裂。
圖34 隨機(jī)斷裂
本圖是圖33 輪齒損傷的斷面圖。
5其他損傷Associated Gear Failure
6.1 輪坯缺陷Blank Deficiencies
輪坯缺陷是指齒輪輪齒部位在毛坯階段就已存在的缺陷，主要是：氣孔、砂眼、夾雜物和裂紋等。它們通常在局部出現(xiàn)，有時(shí)可貫穿幾個(gè)齒，也可達(dá)到較深部位。
圖35鑄造缺陷
鑄造錫磷青銅蝸輪ms=8mm，由于嚴(yán)重組織疏松而報(bào)廢。
圖36 鑄造缺陷
球墨鑄鐵齒輪m=5mm，由于組織琉松引起斷齒。
輪坯材料的冶、鑄、鍛、焊等工藝過(guò)程不當(dāng)或控制不嚴(yán)，往往導(dǎo)致夾渣或非金屬夾雜物混入輪坯、出現(xiàn)氣孔、砂眼或產(chǎn)生裂紋等。后者也可能由于材料不均勻所引起。
5.2 淬火裂紋Quenching Cracks
淬火裂紋是指齒輪在淬火時(shí)產(chǎn)生的裂紋。淬火裂紋多數(shù)呈發(fā)絲狀，有時(shí)能自行擴(kuò)展。裂紋有的沿齒根圓角半徑方向，有的在齒的兩個(gè)端面，也有的穿越齒頂或在齒端面的表面硬化層與芯部交界處，較大裂紋的初始部位常有銹蝕或氧化的痕跡。
淬火裂紋是由于淬火過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)大內(nèi)應(yīng)力造成的。齒端面上的裂紋通常是由于硬化層與芯部交界處的相變不協(xié)調(diào)所引起的。
圖37 淬火裂紋
航空齒輪m=3mm，材料12CrZNi4，滲碳淬火HRC58～62，齒根沿徑向產(chǎn)生淬火裂紋。
5.3 磨削裂紋Grindiog Cracks
磨削裂紋是磨削過(guò)程中在齒面上產(chǎn)生的網(wǎng)狀裂紋或互相平行的短裂紋。磨削裂紋一般很淺，往往肉眼不易發(fā)現(xiàn)而需用磁粉探傷或其他專門方法來(lái)檢測(cè)。有時(shí)，磨削裂紋是潛在的，并且在閑置若干時(shí)間或加載工作后才顯示出來(lái)。
圖38 磨削裂紋
航空齒輪m＝3mm，滲碳淬火后磨削，因磨削工藝不當(dāng)造成齒面條狀磨削裂紋（磁化后照像）。
圖39 磨削裂紋
采煤機(jī)齒輪m=12mm，材料30CrMnTi，淬火滲碳HRC58～62，因熱處理工藝不當(dāng)，經(jīng)瑪格磨齒機(jī)磨齒后，磁粉探傷顯示出網(wǎng)狀裂紋。
磨削裂紋主要是由于磨削過(guò)程中的過(guò)熱引起的，也可能是熱處理不當(dāng)引起的。過(guò)熱可能是磨削工藝參數(shù)選擇不正確、砂輪不合格或選用不當(dāng)、冷卻措施不適當(dāng)?shù)纫穑承┹嘄X材料，對(duì)磨削過(guò)熱敏感，更易產(chǎn)生磨削裂紋。
5.4 電蝕Electric Current Damage
電蝕齒面呈現(xiàn)大量均勻分布的微小坑點(diǎn)。這些坑點(diǎn)形貌光滑，有熔融狀放電痕跡，坑點(diǎn)邊緣有退火色。電蝕常發(fā)生于多個(gè)齒面，甚至全部輪齒上。
圖40 電蝕
發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁機(jī)減速裝置人字齒輪，因檢修時(shí)漏裝絕緣墊片，造成嚴(yán)重電蝕。
圖41 電蝕
本圖是圖40中的人字齒輪局部放大，齒面到處可見(jiàn)大量均勻分布的電蝕斑點(diǎn)。
當(dāng)電流通過(guò)輕微接觸或快速離合的嚙合齒面向接地零電位流動(dòng)時(shí)，齒面間產(chǎn)生很高的電位差造成火花放電，使齒面電蝕．引起電蝕的電流可來(lái)自電器設(shè)備：如電動(dòng)機(jī)、電磁離合器等。這種雜散（漏）電流也可能來(lái)自帶傳動(dòng)或其他與傳動(dòng)有關(guān)零件的靜電電流。有時(shí)，附近的電器設(shè)備（如電焊機(jī)）通過(guò)齒輪裝里不適當(dāng)?shù)亟拥�，也�?huì)造成電蝕。
5.5 干涉損傷Failure by Interference
這種損傷是由齒廓嚙合干涉造成的。其特征是齒頂部、尤其是齒根部有明顯的金屬移動(dòng)痕跡。齒根部挖出溝槽，齒頂部被滾圓。通常，干涉損傷可引起齒面磨損、塑性變形、膠合，甚至導(dǎo)致輪齒折斷。
圖42 干涉損傷
采煤機(jī)齒輪m＝14mm，材料30CrMnTi，滲碳淬火，由于嚙合干涉造成齒根部有明顯的干涉條紋帶。
嚙合參數(shù)設(shè)計(jì)不合理、加工齒形誤差過(guò)大、安裝中心距過(guò)小、工作中熱變形過(guò)大等，都可造成輪齒不正常嚙合而引起干涉損傷。相嚙合的輪齒頂部和根部載荷過(guò)大或嚙合過(guò)緊，有可能使?jié)櫥湍な�，造成齒頂、齒根部金屬急劇移動(dòng)，導(dǎo)致整個(gè)齒面損傷。
5.6 輪緣和輻板損傷Rlm and web Failure
輪緣裂紋通常發(fā)生在兩相鄰齒之間的齒根部。輻板裂紋有的是輪緣裂紋沿徑向擴(kuò)展而成，有時(shí)輻板內(nèi)也產(chǎn)生裂紋但不一定擴(kuò)展到輪緣。
圖43 輪緣損傷
由齒根發(fā)生的疲勞裂紋，沿徑向擴(kuò)展貫穿輪緣。
圖44 輻板損傷
輻板呈現(xiàn)貫穿裂紋。
輪緣的斷裂，通常是輪齒疲勞裂紋發(fā)展的結(jié)果。齒輪某部分的殘余應(yīng)力過(guò)高，會(huì)形成井促使裂紋擴(kuò)展。輻板損傷可因輻板強(qiáng)度不足、應(yīng)力集中或振動(dòng)等因素而引起。
附錄A
有關(guān)損傷的對(duì)策
（參考件）
相應(yīng)于本標(biāo)準(zhǔn)文本中損傷術(shù)語(yǔ)的編號(hào)，各種基本損傷型式的對(duì)策分別敘述如下：
A.1.1 輕微磨損的對(duì)策
除了齒輪裝置的設(shè)計(jì)壽命比在輕微磨損基礎(chǔ)上確定的磨損壽命大得多之外，輕微磨損一般不需避免。輕微磨損可得到良好的貼合齒面。
在齒輪輕微磨損過(guò)程中，應(yīng)適時(shí)更換潤(rùn)滑劑或采取其他措施，以得到較合適的油膜厚度。
A.1.2 中等磨損的對(duì)策
改善潤(rùn)滑條件，增加油膜厚度：提高潤(rùn)滑油粘度，降低油溫，加入適當(dāng)?shù)奶砑觿�，改善�?rùn)滑方式，如果工作速度和載荷可變，則可提高工作速度、減小載荷。至于潤(rùn)滑系統(tǒng)中的污染雜質(zhì)，可增設(shè)過(guò)濾裝置或換油來(lái)排除。
A.1.3 過(guò)度磨損的對(duì)策
采用合適的密封型式和潤(rùn)滑裝置（如采用過(guò)濾裝置）、改善潤(rùn)滑方式、加強(qiáng)維護(hù)。提高潤(rùn)滑油粘度、改善潤(rùn)滑玲卻裝置，如果可能，也可提高工作速度、減輕載荷（特別是振動(dòng)載荷）。上述措施如不奏效，則可改進(jìn)設(shè)計(jì)，如改變齒輪幾何參數(shù)、材質(zhì)、精度、齒面粗糙度等。
A.1.4 磨粒磨損的對(duì)策
對(duì)于采用飛濺潤(rùn)滑的閉式傳動(dòng)，可以及時(shí)換掉臟油、清洗有關(guān)零件，如采用循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，則宜采用過(guò)濾裝置。對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)初期跑合過(guò)程中產(chǎn)生的磨粒磨損，更應(yīng)特別注意清洗整個(gè)系統(tǒng)、適時(shí)換油。對(duì)于由于較細(xì)物料造成的磨粒磨損，則可考慮采用較高粘度的潤(rùn)滑油以減輕之。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，特別應(yīng)注意采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，選用合適的潤(rùn)滑劑以減輕這種損傷。
A.1.5 腐蝕磨損的對(duì)策
在選用極壓添加劑時(shí)，應(yīng)考慮到它對(duì)齒面腐蝕的影響。添加劑成分和含量應(yīng)掌握適當(dāng)．加入添加劑后，應(yīng)經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象應(yīng)立即換油、調(diào)整添加劑以使腐蝕磨損減少到最低程度。為防止?jié)櫥捅煌饨绲乃⑺岷推渌杏泻Φ奈镔|(zhì)所污染，齒輪裝里應(yīng)有良好的密封。在加工、檢驗(yàn)過(guò)程中，若與腐蝕性介質(zhì)接觸時(shí)，應(yīng)建立合理的工藝規(guī)程，以使腐蝕減少到最低限度。
A.1.6.1 輕微膠合的對(duì)策
控制起動(dòng)過(guò)程中的載荷和保證良好的潤(rùn)滑條件，可避免產(chǎn)生輕微膠合。如由輕微干涉引起的損傷，則應(yīng)及時(shí)排除產(chǎn)生干涉的起因。
A.1.6.2 中等膠合的對(duì)策
降低供油溫度以降低齒輪整體溫度，換用有極壓添加劑的潤(rùn)滑油，在接觸齒面涂敷固體潤(rùn)滑劑，利用珩磨加工降低表面粗糙度等，均可有利于造成良好的潤(rùn)滑條件，達(dá)到防止膠合的目的。在可能的條件下，適當(dāng)降低載荷和速度，也可減輕或避免這種損傷。
A.1.6.3 破壞性膠合的對(duì)策
必須保證齒輪傳動(dòng)在一定載荷、速度、溫度等條件下，始終具有良好的潤(rùn)滑。采用極壓添加劑以及特殊高粘度的合成齒輪油，可防止這種損傷。含抗膠合添加劑的合成油，也能防止在較高溫度下工作的齒輪的膠合。
A.1.6.4 局部膠合的對(duì)策
可通過(guò)消除局部載荷集中來(lái)避免發(fā)生局部膠合。齒輪箱體軸孔中心線的形位公差和齒輪齒向誤差應(yīng)選得適當(dāng)。高速齒輪應(yīng)注意使沿嚙合區(qū)寬度散熱均勻，冷卻油量和供油部位要適當(dāng)。鼓形齒的鼓形量也不能選得太過(guò)大。
A.2.1.1 早期點(diǎn)蝕的對(duì)策
輪齒表面光滑和從運(yùn)轉(zhuǎn)一開(kāi)始載荷就沿齒寬分布良好，可避免產(chǎn)生這種點(diǎn)蝕．提高齒形精度、采用齒廓修形以減小動(dòng)載荷的辦法，在一定程度上可控制產(chǎn)生點(diǎn)蝕。精心跑合，也可改善輪齒的貼合情況，從而減輕早期點(diǎn)蝕。
A.2.1.2 破壞性點(diǎn)蝕的對(duì)策
保持接觸應(yīng)力低子輪齒材料的疲勞極限，破壞性點(diǎn)蝕就可避免。提高材料的硬度，可提高材料的疲勞極限．有時(shí)僅提高主動(dòng)件的硬度，也能制止這種點(diǎn)蝕。提高潤(rùn)滑油的粘度以及采用適宜的添加劑，對(duì)防止齒面點(diǎn)蝕都有明顯的效果。
A.2.2 剝落的對(duì)策
使齒面的接觸應(yīng)力降低到材料的疲勞極限以下，可避免這種損傷。
對(duì)齒輪材料進(jìn)行硬化處理可提高其抗剝落的能力。通常，在點(diǎn)蝕坑基礎(chǔ)上或表面裂紋、缺陷發(fā)展而成的剝落的出現(xiàn)，說(shuō)明齒面承載能力不足，因此往往需要對(duì)齒輪進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。
對(duì)另一種剝落― 表層壓碎，防止這種剝落的最有效的辦法是適當(dāng)增加輪齒硬化層的有效深度，同時(shí)適當(dāng)增加輪齒芯部材料的硬度；這可以通過(guò)改換材料或改變熱處理工藝等措施來(lái)達(dá)到。至于存在過(guò)大的有害殘余應(yīng)力，則應(yīng)修改設(shè)計(jì)。此外，減少載荷集中也是有利的。
A.3.1 碾擊塑變的對(duì)策
減小接觸應(yīng)力和增加接觸表面及次表面材料的硬度，可以消除這種損傷。提高齒距精度和減小齒形誤差會(huì)改善輪齒工作情況，并降低動(dòng)載荷；采用極壓添加劑和高粘度的潤(rùn)滑油以改善齒輪的潤(rùn)滑情況、降低摩擦力。保證安裝精度，控制齒向誤差，以避免載荷集中，也是一般常采取的措施。
A.3.2 鱗皺的對(duì)策
增加齒面硬度、減少接觸應(yīng)力、改善潤(rùn)滑狀況，都可防止鱗皺的發(fā)生。采用極壓添加劑和高粘度的潤(rùn)滑油、提高速度、控制齒輪的振動(dòng)等辦法，都可改善潤(rùn)滑狀況。
A.3.3 起脊的對(duì)策
降低接觸應(yīng)力、增加材料的硬度和采用帶極壓添加劑的粘度較大的潤(rùn)滑油能夠防止起脊發(fā)生。在沒(méi)有循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)的傳動(dòng)中，經(jīng)常更換潤(rùn)滑油并保證潤(rùn)滑劑中沒(méi)有外來(lái)的雜質(zhì)，也是有益的。
A.3.4 壓痕的對(duì)策
防止外界異物掉進(jìn)齒輪傳動(dòng)裝置中，尤其在檢修時(shí)更應(yīng)注意。及時(shí)清理傳動(dòng)裝置，排除金屬碎片等外界異物。輕度的壓痕，經(jīng)修整齒形后，仍可便用。
A.3.5 齒體塑變的對(duì)策
對(duì)于循環(huán)潤(rùn)滑的齒輪裝置，要注意防止?jié)櫥到y(tǒng)給油不足和中斷。對(duì)于油池潤(rùn)滑的齒輪裝里，要注意油面位置。提高潤(rùn)滑油的粘度，有時(shí)可獲得一定效果。對(duì)于冷塑變形的齒輪，主要要提高齒輪材料的屈服極限。
A.4.1 疲勞折斷的對(duì)策
修改齒輪的幾何參數(shù)、降低齒根表面粗糙度、對(duì)齒根進(jìn)行正確的噴丸處理、增大齒根圓角半徑、對(duì)齒根圓角區(qū)進(jìn)行調(diào)整以降低齒根危險(xiǎn)截面的彎曲疲勞應(yīng)力、對(duì)材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硪垣@得較好的金相組織以及盡可能降低有害的殘余應(yīng)力等措施均有助于防止疲勞折斷。
A.4.2 過(guò)載折斷的對(duì)策
從設(shè)計(jì)上防止這種損壞是比較困難的，因?yàn)檫@種損壞經(jīng)常是一些意外的因素所造成。注意避免意外的嚴(yán)重過(guò)載以及在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置安全裝置，如安全聯(lián)軸器等，可有助于防止過(guò)載折斷。
A.4.3 隨機(jī)斷裂的對(duì)策
在設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的參數(shù)和結(jié)構(gòu)；消除產(chǎn)生過(guò)高局部應(yīng)力集中或過(guò)高有害殘余應(yīng)力的條件；確保材料的品質(zhì)；嚴(yán)格控制加工工藝過(guò)程防止產(chǎn)生各種缺陷和防止硬性異物進(jìn)入嚙合。
A.5.1 輪坯缺陷的對(duì)策
采用合理的冶、鑄、鍛、焊工藝；建立適當(dāng)?shù)妮喤鳈z驗(yàn)制度，及時(shí)剔除不合格的輪坯。
A.5.2 淬火裂紋的對(duì)策
根據(jù)齒輪材料和對(duì)其要求制訂合理的淬火工藝規(guī)程，并嚴(yán)格控制工藝過(guò)程。如淬火速度不應(yīng)過(guò)高或過(guò)低等。齒輪的各部尺寸與結(jié)構(gòu)適應(yīng)淬火工藝要求。應(yīng)保證工藝設(shè)備工作正常。
A.5.3磨削裂紋的對(duì)策
選擇適當(dāng)?shù)哪ハ鞴に嚕刂七M(jìn)給盤和磨削速度，加強(qiáng)冷卻措施，選用不易磨裂的材質(zhì)和合適的熱處理工藝。
A.5.4 電蝕的對(duì)策
有關(guān)電設(shè)備或可能通過(guò)漏電流的齒輪裝置應(yīng)嚴(yán)格絕緣。適當(dāng)?shù)胤胖媒拥鼐�。
A.5.6 干涉損傷的對(duì)策
應(yīng)在設(shè)計(jì)和加工過(guò)程中，從輪齒幾何形狀，切削刀具以及制造安裝等方面加以避免。選擇適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油和冷卻措施也是有效的。
A.5.6 輪緣和輻板損傷的對(duì)策
輪緣、輻板的尺寸均應(yīng)滿足強(qiáng)度要求。局部應(yīng)力集中因素，如切削刀痕、磨削裂紋、輪緣和輻板過(guò)渡處的尖銳圓角等，應(yīng)設(shè)法減少或消除。必要時(shí)，應(yīng)采取有效的減振、防振措施。
附加說(shuō)明：
本標(biāo)準(zhǔn)由機(jī)械工業(yè)部提出，由機(jī)械工業(yè)部鄭州機(jī)械研究所歸口。
本標(biāo)準(zhǔn)由東北工學(xué)院和北京鋼鐵學(xué)院負(fù)責(zé)起草。
本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人東北工學(xué)院何德芳、劉茵、蔡春源、鄂中凱；北京鋼鐵學(xué)院傅德明、談嘉禎、朱孝祿、范垂本。
