1.2 齿轮损伤基本形式的特征、成因及其对策

1.裂纹

齿轮中，包括轮齿和其他部分（轮缘、轮辐、轮毅），表面和非表面部分，均有可能出现材料的局部损坏——裂纹或裂缝。实际上，轮齿出现的裂纹，按其形成特点，可分为两大类：工艺裂纹和使用裂纹。

① 工艺裂纹，是生产齿轮的工艺不当而造成的材料缺陷，并在一定载荷条件下，失稳扩展使齿轮失效，如铸造裂纹、锻造裂纹、焊接裂纹、热处理裂纹（如淬火裂纹）、磨削裂纹等。

② 使用裂纹，是在零件使用过程和环境中产生的，并进而扩展，致使齿轮失效，如疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹等。

各种裂纹的模式特征、形成原因和预防措施见表1-1。

2.轮齿的折断

断齿是指齿轮的一个或多个齿的整体或其局部的断裂。断齿常由微裂纹扩展而成。

表1-1 裂纹的模式、特征、形成原因和预防措施

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按照断齿的原因及其断口性质的不同，断齿可分为过载折断（脆性、韧性、半脆性断裂）、轮齿剪断、塑变后折断和疲劳折断（弯曲疲劳折断和齿端折断）。各类断齿的模式、特征、形成原因和预防措施见表1-2。

表1-2 断齿的模式、特征、形成原因和预防措施

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3.齿面的接触疲劳

齿面疲劳是在过大的当量接触切应力作用下，在表面、次表面或表层下产生疲劳裂纹并进一步扩展而成的一种齿面损伤。其特征为齿面金属的移失，并在齿面上形成一些凹坑。但这类损伤主要是疲劳损伤，有别于一般磨损。齿面疲劳主要取决于相啮合齿面的接触应力和应力循环次数。齿面疲劳裂纹常皇现为不规则的细线状。根据齿面状况（如齿形精度、齿面粗糙度）、材质及载荷等条件的不同，裂纹可扩展成不同形貌与严重程度不同的齿面疲劳；点蚀、片蚀、齿面剥落和表层压碎等。它们的特征、形成原因及预防措施见表1-3。

表1-3 齿面疲劳现象的模式、特征、形成原因和预防措施

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4.齿面的耗损

齿面耗损是指齿面材料的消耗与损失。根据耗损的主要机制，齿面耗损可分为滑动磨损（机械）、腐蚀（化学）、过热（热过程）、侵蚀（流体过程）和电蚀（电弧）等五大类。

齿面滑动磨损是当两个轮齿表面作相对滑动时出现的轮齿材料移失。所以，滑动磨损就是通常工程中所指的机械磨损，简称磨损。按磨损的程度及机制不同又可有：正常磨损、过度磨损、中等及严重擦伤、磨料磨损和干涉磨损等多种模式。其中，正常磨损发生于齿轮运转寿命的早期阶段，齿面的机加工痕迹磨失，常皇现光亮状态。正常磨损有两种形式：磨光——是一种非常缓慢的磨合过程，两接触齿面凹凸不平（微凸体）被逐步磨去，直到产生光滑镜面的齿面，见图1-1；中等磨损——上、下齿面都有金属移失，而在齿轮节曲面附近的齿表面上，开始皇现出一条连续可见而不可及（摸不着）的线带，见图1-2，可见，正常磨损实际上是两接触齿面的一种相互磨合过程，故又称跑合磨损（Running—in wear）。因此，正常磨损通常是一种齿面材料的良性移失过程，而不是一种齿面损伤，故本书不作进一步介绍。齿面耗损的模式、特征、形成原因和预防措施见表1-4。

图1-1 磨光（汽车差速器锥齿轮副的小齿轮，其轮齿的有效齿面都磨光亮了）

图1-2 中等磨损（小齿轮齿面经中等磨损，其齿面上工作节曲面的位置清晰可辨，但摸不出棱线）

表1-4 齿面耗损的模式、特征、形成原因和预防措施

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5.齿面胶合

胶合是相啮合齿面的金属在一定压力下直接接触发生粘着，同时随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起的一种严重粘着磨损现象。根据在一定工作条件下粘着概念的内涵特征的不同，胶合可分为热胶合与冷胶合两种损伤形式。热胶合通常是由于啮合处局部过热，边界膜破坏，导致两接触齿面金属融焊而粘着；而冷胶合则是在低速时（一般为圆周速度v≤4m／s），由于啮合处局部压力很高而使两接触表面间表面膜被刺破而粘着。齿面产生热胶合的部位常皇现过热特征（回火色），而冷胶合常在齿面的局部处发生。胶合的模式、特征、形成原因和预防措施见表1-5。

表1-5 胶合的模式、特征、形成原因和预防措施

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6.永久变形

在过大的应力作用下，轮齿材料因屈服而产生塑性流动，形成齿面或齿体的永久变形。它一般多发生于硬度低的齿轮上；但在重载时，硬度高的齿轮上也常发生。永久变形的模式、特征、形成原因及预防措施见表1-6。

表1-6 永久变形的模式、特征、形成原因和预防措施

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