本标准为钢、铸铁和铜合金齿轮的一般损伤型式提供统一的术语。本标准各词条对损伤的特征和原因的叙述,是为了说明各术语的含义和鉴别损伤的类型。
本标准不作为齿轮是否失效的判据。附录A 中所列的有关损伤的对策,只是一般性的指导准则,因为某一齿轮特定损伤型式的判别和对策需要有专门的经验和分析研究,故不属于本标准范围。
对于其他材质和某些特殊的齿轮,其轮齿的损伤型式,可大致地参用本标准的相关内容。
1 磨损wear
磨损是在啮合传动过程中,轮齿接触表面上的材料摩擦损耗的现象。
1.1 轻微磨损Polishing
轻微磨损是一种相当缓慢的磨损现象。接触表面上的微凸休逐渐磨平,直到出现非常光滑的表面为止。
图1 轻微磨损
机车齿轮,m=12mm ,材料20CrMnTi ,渗碳淬火HRC58~62,工作8000 小时后齿面如镜面样光亮平滑。
通常,轮齿由于接触表面的粗糙度与润滑油粘度、齿面工作速度、工作载荷之间不相匹配,造成弹性流体润滑油膜厚度不够,导致齿面微凸体峰部被剪切掉或某种塑性变形,使工作齿面微凸体逐渐磨平,粗糙度逐渐变小。
1.2 中等磨损Moderate Wear
中等磨损是一种比较常见的磨损现象,它可存在于齿轮传动的整个设计寿命期内.中等磨损的齿轮,节线上下齿面上的材料都有一定移失、离相对措动速度为零的竹线愈远,磨损量愈大.在此节线位置上,逐渐呈现出一条近于连续的线。
图2 中等磨损
机车齿轮,m=10mm,材料20CrMnTi,渗碳淬火HRC58~62,工作7000小时以上,齿面上节线附近可见一条明显的连续线,上齿面有轻微的磨痕。
由于工作速度、载荷、温度、润滑剂性能等方面的限制,齿轮常在边界润滑或接近边界润滑的状态下工作;润滑系统中少量的污染杂质,都可能引起中等磨损。
1.3 过度磨损Exce : sive Wear
工作齿面材料大量磨掉,齿廓形状破坏,磨损率很高,齿轮将达不到其设计寿命.节线附近有时伴随点蚀,常导致严重噪声和系统振动,最终使齿轮不能正常工作。
图3 过度磨损
磨矿机齿轮m=24mm,工作齿面严重磨损,出现明显的台阶,齿厚减薄,齿廓遭到破坏。
润滑系统和密封装置不良,油膜建立不起来,系统有严重振动、冲击载荷等都能导致齿面过度磨损。
1.4磨纹磨损Abrasive Wear
轮齿接触表面上沿滑动方向常有较均匀的条痕,这种多次摩擦产生的条痕一般具有重叠的特征。
图4 磨粒磨损
平炉倾动装里开式齿条m=65mm,由于护渣颗粒落入啮合齿面,导致齿面呈现均匀的条痕。
图5 磨粒磨损
矿山电铲行走机构减速器齿轮m=24mm,因润滑油中的磨料导致齿面呈现匀布的条痕。
落在工作齿面间的外部颗粒,起着磨粒作用,引起磨粒磨损。磨粒可以是齿轮和轴承等零件因损伤产生的颗粒、焊接飞溅物、氧化皮、锈蚀物、型砂和其他类似的金属和非金属物。这种磨损常由于新齿轮装置跑合后未予清洗以及其他原因使润滑油被污染而造成。对于开式传动,磨粒磨损更为严重。
1.5 腐蚀磨损Corrosive Wear
这是一种以化学腐蚀作用为主、并伴有机械磨损的轮齿损伤型式.齿面上呈现均匀分布的腐蚀麻坑,工作齿面沿滑动方向并伴有磨蚀痕迹。
图6 腐蚀磨损
齿轮表面普谊呈现明显的化学腐蚀麻点,工作齿面腐蚀后磨损,齿形改变。
进入润滑剂中的活性成分和轮齿材料发生化学和电化学反应,引起齿面腐蚀.由于摩擦或冲刷作用而使蚀斑被磨失或冲掉,形成腐蚀磨损。在高温时,极压添加剂会形成非常活泼的腐蚀剂而侵蚀齿面.工艺过程中残留于齿面上的不利介质也会引起腐蚀磨损。
1.6 胶合Scoring
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。根据一定工作条件下粘着概念的内涵特征不同,胶合可有热应合与冷胶合之分。热胶合通常是由于啮合处局部过热导致两接触齿面金属融焊而粘着,而冷碎合娜晕由于啮合处局部压力很高、且速度低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呈现过热特征(回火色),而冷胶合常在齿面上局部发生。
1.6.1 轻徽胶合Slightscoring
轻微胶合常呈现为在靠近齿顶或靠近齿根的齿面上沿滑动方向极轻微而细密的伤痕(一条暗带),有时要借助子显微镜才能见到其粘着痕迹。
图7 轻微胶合
高速齿轮们m=3.7mm,渗碳淬火HRC>62,齿面顶部呈现轻微胶合的暗带。
这种损伤可能是由子在运转初期相啮合齿面的润滑条件与工作情况不甚协调,但材质条件较好而造成的,它也可能是由于轻微干涉而引起的。
1.6.2 中等胶合Moderate Scoring
这种损伤表现为轮齿的齿顶部、齿根部,为明显。这种胶合的条纹较细较浅。
图8 中等胶合
齿顶部呈现细而浅的胶合条纹。
齿轮啮合处的局部过高温度而使润滑油膜破裂是产生这种损伤的主要条件。
1.6.3 破坏性胶合Destructive scoring
沿滑动方向呈现明显的粘撕沟痕。整个齿面尤其是齿顶部有明显的材料移失迹象,相对滑动速度为零的工作节线明显,齿廓几乎完全毁坏,振动噪声增大,齿轮很快失效。
图9 破坏性胶合
机床齿轮m=5mm,材料20Cr,渗碳淬火HRC58~62,因严重缺油造成齿面破坏性胶合,齿顶部胶合沟痕更为明显。
图10 破坏性胶合
珠光体球墨铸铁齿轮,m=5mm,因严重过载造成齿面破坏性胶合,工作齿面材料严重移失,节线明显可见。
这种损伤是由于润滑不充分,工作温度过高、齿面接触应力或速度过高等原因引起的过热所造成。
1.6.4 局部胶合Localized Scoring
在形貌上它与中等胶合有相似之处,但仅发生于相接触齿面的局部区域上,并不沿相接触的全部齿面延伸、扩展。
图11 局部胶合
航空高速齿轮m=3mm,材料12CrZNi4A,表面渗碳HRC>62,在齿顶部中部局部区域发生胶合。
图12 局部胶合
航空高速齿轮m=3mm,材料12CrZN过A,表面渗碳淬火HRC>62,在齿面胶合区域上叠加有明显的局部胶合伤痕。
通常局部胶合是由于载荷集中造成的。载荷集中可能是设计不当引起的,也可能是制造误差、安装误差、外载荷引起的偏斜或齿面不均匀冷却形成的。在鼓形齿中,当鼓形量过大时,在凸起部分上也会形成载荷集中而引起局部胶合。齿轮热膨胀不均匀也会形成凸起效应而导致载荷集中,尤其齿宽较大时,齿轮的中部比两端温升高、热膨胀量大,这种毛病易于出现。