未命名的文档
第二节 齿轮的失效形式、常用材料及热处理
一、齿轮的失效形式
由于齿轮的主要工作部位是轮齿，故其失效主要是轮齿的失效，齿轮轮齿的失效形式主要有
以下五种：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形。
1、齿轮折断
齿轮在工作时轮齿受弯矩作用，轮齿根部弯曲应力最大，而且应力集中，故折断一般发生在齿根部分。
轮齿折断通常有两种情况：一种是由于多次重复的弯曲应力和应力集中造成的疲劳折断（如图6-4a）;
另一种是由于突然严重过载或冲击载荷作用引起的过载折断，脆性材料制成的齿轮常出现这种折断。
轮齿折断是轮齿最严重的失效形式，会导致严重事故，提高轮齿抗折断的措施是选用合适的材料和热处理方法、加大齿根圆角半径、减轻轮齿局部过载的程度等。
2.齿面点蚀
齿轮工作时，轮齿齿面在法向力作用下，产生循环变化的接触应力。
当这种应力超过材料的接触疲劳极限时，齿面上产生裂纹，裂纹扩展使表层金属威力波洛形成不规则小坑，
这种现象称齿面点蚀。实践表明，疲劳点蚀是通常出现在靠近节线的齿根表面上，（图6-4b）。
在软齿面齿轮的封闭式齿轮传动中易发生齿面点蚀。
提高齿面硬度，降低表面粗糙度，提高润滑油粘度并加入添加剂、减小动载和等措施
可以提高齿面接触强度，防止出现齿面点蚀。
3.齿面胶合
在高速重载的齿轮传动中，由于啮合区摩擦温升过高会引起润滑失效，
从而使两齿面直接接触并相互间粘连续而相对滑动时，较软的齿面滑动方向被撕下形成条状沟痕（图6-4c），
这种现象称为齿面胶合，这种胶和往往伴随烧伤痕迹，称为热胶和。在低速重载传动中，产生的胶合称为冷胶合。
提高齿面硬度和光洁度能增强抗胶合能力。低速传动采用粘度较大的润滑油;
高速传动采用含抗胶合添加剂的润滑油，对于抗胶合也很有效。
4.齿面磨损
由于齿轮在啮合过程中齿面间存在相对滑动，从而产生摩擦磨损，
通常有两种情况：一种是由于灰尘、金属微粒等进入齿面间而引起的磨粒磨损。
另一种是因齿面摩擦产生的跑合磨损。人们有意使新齿轮副在轻载下进行跑合，
可为随后的正常磨损创造有利条件。（图6-4d）
在开式传动中，磨粒磨损是常见的失效形式、提高齿面硬度、降低齿面磨损度、
保持良好的润滑或采用闭式齿轮传动等，都可以防止或减轻齿面磨损。
5.齿面塑性变形
在低速重载和启动频繁的传动中，软齿面上可能产生局部的塑性变形，
破坏了齿面的渐开线齿形，使传动失效（图6-4e）。
提高齿面硬度、提高润滑油粘度，尽量避免严重过载和频繁启动，可以防止齿面塑性变形的发生。
二、齿轮常用的材料
为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命齿轮的材料应根据
工作条件和材料的特点来选取。
根据对齿轮传动的失效分析，可知对齿轮材料的基本要求是：
1.齿面应具有足够的强度和耐磨性，以抵抗齿面磨损，齿面点蚀、胶合及塑性变形等;
2.齿心应具有足够的强度和较好的韧性，以防止齿根折断及冲击、交变载荷;
3.应具有良好的冷、热加工的工艺性，已达到齿轮的各种技术要求。
齿轮常用的材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢、
铸铁及有色金属和非金属材料等，
一般多采用锻钢。当齿轮较大（例如，直径大于400~600mm)而轮胚不易锻造时，
可采用铸钢;
开始低速传动可采用灰铸铁;球墨铸铁有时可代替铸钢。表6-1列出了常用的齿轮材料及
其热处理后的力学性能。
三、齿轮的热处理
齿轮常用的热处理方法主要有调质、正火、表面淬火、渗碳淬火、渗氮等。
1、调质
调质一般用于中碳钢或中碳合金钢，经调质处理后，其机械强度、韧性等综合性能好，齿面硬度一般为220~260HBS。
2、，正火
正火能消除内应力、细化晶粒、增大机械强度和韧性、改善切削性能。对于机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理，
对于大直径的齿轮可用铸钢正火处理。
3、表面淬火
一般用于中碳钢或中碳合金钢，如45，40 Cr等。齿面硬度可达50HRC，由于表面接触强度高，耐磨性好，而齿芯部未淬
硬仍有较高的韧性，故能承受中等冲击载荷。中、小齿轮采用中频或高频感应加热表面淬火，大齿轮采用火焰加热表面淬火等。表面淬
火后齿轮变形不大，可不进行磨齿。
4、渗碳淬火
渗碳钢为含碳量0.15%~0.25%的低碳钢和低碳合金钢钢，例如20、20Cr等。
渗碳淬火后，齿面硬度可达56~62 HRC，而芯部仍保持有较高的韧性，这种齿轮表面接触强度高，耐磨性好，
常用于受冲击载荷的重要齿轮传动，通常渗碳淬火后，轮齿变形较大，需要魔齿。
5、渗氮
齿面经渗氮后不再进行其他热处理，齿面硬度可达60~62 HRC。因氮化处理温度低，齿的变形小，故适合用于难以磨齿的场合，
例如内齿轮。
上述热处理中，调制和正火处理后的齿面硬度较低，（HBS不大于350)，称为软齿面;其他三种处理后的齿面硬度较高，称为硬齿面，
软齿面的工艺过程较简单，适用于一般的传动
四、齿轮的选用
齿轮的种类和热处理方法很多，
选择时可综合考虑以下几个方面因素：
1.齿面硬度
2.齿轮尺寸大小
3.载荷性质
4.工作条件要求
思政育人
1.齿轮选用时应综合多方面考虑，给了你什么启发？
2.不同的齿轮有不同的热处理方式，人也一样吧，你怎么看？