3失效的形式与判据
3.1重载齿轮的分类
重载齿轮的分类及说明见表1。
表1
|
重载齿轮分类 |
说明 |
|
代号 |
类别 |
|
Ⅰ |
一般设备 |
齿轮失效仅引起单台设备停产。如开式传动齿轮，矿山破碎机齿轮等 |
|
Ⅱ |
重要设备 |
齿轮失效引起机组、生产线或全厂停产、设备损坏。如球磨、烧结、
冶金、化工、轻工机械齿轮等 |
|
Ⅲ |
高安全要求设备 |
齿轮失效引起设备、人身事故。如起重设备、载入电梯齿轮等 |
3.2齿面
3.2.1磨损的形式
正常磨损 齿面在啮合传动中不可避免的缓慢磨损。
不正常磨损 包括磨粒磨损（见图1）；过渡磨损（见图2）；腐蚀磨损（见图3）等。
a磨粒磨损
A-A为节线区
由于外部硬颗粒落入啮合齿面，导致齿面呈均匀的磨损条痕
图1
3.2.2磨损失效的判据
a.无论何种磨损，或数中磨损同时出的磨损，其齿根两侧磨损量之和△S（mm）与齿轮模数mn（mm）的百分比值M（M=△S/mn）达到或超过表2所列指标，则该齿轮应被判为失效。
表2
|
重载齿轮分类 |
M |
|
|
v＜10m/s |
v≥10～20m/s |
|
Ⅰ |
40 |
30 |
|
Ⅱ |
30 |
20 |
|
Ⅲ |
15 |
10 |
b.按GB3480中轮齿弯曲强度计算方法及实测的磨损后齿轮的各项参数，计算齿轮磨损后的弯曲强度，若
SF′＜[SFmin]…………………………（1）
该轮齿应被判为失效。
式中：SF′——磨损后轮齿弯曲强度计算安全系数；
[SFmin]——本标准规定的判别齿轮夫效的最小齿根弯曲强度安全系数，见表3。
表3
|
重载齿轮分类 |
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅲ |
|
[SFmin] |
1 |
1.2 |
1.4 |
a、b两种判别方法等效，优先采用a法。
3.3齿面点蚀失效
3.3.1点蚀的形式
初期点蚀 负荷运转初期出现的点蚀，经跑合后点蚀可收敛，不再呈线性发展。
扩展性点蚀 齿轮接触应力始终超过接触疲劳极限，点蚀不断扩展，磨损加剧，振动和噪声增大，最后导致齿轮换效（见图4）。
3.3.2点蚀失效的判据
a.齿面点蚀面积与轮齿工作齿面面积的比率α,20%以上点蚀的坑最大尺寸与模数值的比率β，20%以上的点蚀坑的最大浓度与模数值的比率γ，第Ⅰ类重载齿轮点蚀达到或超过表4中两组指标的任一组，第Ⅱ、Ⅲ类重载齿轮点蚀达到或超过表4中的各自一组指标，该齿轮被判为失效。
表4
|
重载齿轮分类 |
α |
β |
γ |
|
v＜10m/s |
v≥10～20m/s |
|
Ⅰ |
55 |
20 |
30 |
20 |
|
40 |
40 |
35 |
30 |
|
Ⅱ |
50 |
30 |
25 |
20 |
|
Ⅲ |
50 |
20 |
15 |
10 |
注：①点蚀坑深度包括微裂浓度和齿面磨损厚度。
②当点蚀坑深达到表中值，其他指标尚未达到表中值，应建立该齿轮的档案，跟踪观测。
③点蚀面积的测量仿照GB10095测量齿面接触斑点的方法进行。
b.根据实测齿面未点蚀的当量齿宽b′按下列简化式计算齿面接触应力σH:
式中：dw1——小齿轮节圆直径，mm；
T1——小齿轮轴输入工作转矩，N·mm；
i——传动比，i=大齿轮齿数z2/小齿轮齿数z1；
b′——实测未点蚀的当量齿宽，mm。
式中：a——齿面点蚀面积与工作齿面面积的比率；
S——轮齿工作齿面面积，mm2；
h——轮齿工作齿高，mm；
当σH＞[σH]时，该齿轮应被判为失效。
[σH]——齿面许用接触应力，N/mm2
[σH]=2×HB N/mm2…………………………（4）
或[σH]=18×HRC N/mm2…………………………（5）
式中：HB——调质齿轮的齿面实测布氏硬度；
HRC——硬化齿轮的齿面实测洛低硬度。
a、 b两种判别方法一判定为失效，则该齿轮应被判为失效。
3.4齿面剥落失效
3.4.1剥落的形式
剥落是指齿面上的材料成片剥离的一种轮齿损伤。剥落坑的形状不规则，一般较为浅平，而且比点蚀坑大（见图5）。
3.4.2齿面剥落失效的判据
与齿面点蚀失效的判据相同。
3.5齿面胶合失效
3.5.1胶合的形式
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（见图6）。
3.5.2胶合失效的判据
齿面胶合面积与工作齿面面积的比率ω及胶合沟痕的深度与模数的比率δ，达到或超过表5规定的指标，则该齿轮应被判为失效。
表5
|
重载齿轮分类 |
v＜10m/s |
v≥10～20m/s |
|
|
ω |
δ |
ω |
δ |
|
Ⅰ、Ⅱ |
30 |
15 |
20 |
10 |
|
Ⅲ |
20 |
10 |
3.6轮齿塑变失效
3.6.1塑变的形式
热塑变 润滑不良，轮齿工作温度过高，部分齿或全齿塑性变形（见图7）。
压陷 由于坚硬异物进入啮合或偏载，工作齿面出现局部凹陷，非工作齿面凸起（见图8）。
3.6.2轮齿塑变失效的判据
轮齿塑变千百万齿面的峰或谷比理论齿形高于或低于该齿轮模数的20%，该齿轮应被判为失效。
3.7轮齿折断、裂纹失效
3.7.1折断、裂纹的形式
过载折断、裂纹 齿轮承受严重过载、冲击或异物进入啮合而引起瞬时折断、裂纹（见图9）。
偏载折断、裂纹 偏载引起局部过载，其折断、裂纹主要是折角（见角10）。
疲劳折断、裂纹 循环应力超过齿轮弯曲疲劳极限，一般在齿根的受拉侧应力集中处出现裂纹，不断扩展导致轮齿折断或裂纹（见图11）。
此外，还有严重磨损、点蚀、剥落、胶合及制造缺陷等引起的与齿根圆角截面无关的随机断齿（见图12）。
3.7.2折断、裂纹失效的判据
轮齿折断或裂纹达到或超过表6中所列指标之一，该齿轮应被判为失效。
表6
|
重载齿轮分类 |
折断 |
裂纹 |
|
Ⅰ、Ⅱ |
≥齿宽的1/4 |
≥齿宽的1/6 |
|
Ⅲ |
≥齿宽的1/5 |
≥齿宽的1/5 |
注：Ⅰ、Ⅱ类斜齿、双斜齿齿轮轮齿折断或裂纹发生在齿高中线以上，折断指标可增为≥齿宽的1/3、裂纹可增为≥齿宽的1/4。轮齿的裂纹部分应设法除掉，制止发展。
