重載齒輪失效判據(jù)

中信重型機械公司、西安重型機械研究所。

武文輝、黃麗達等。

齒輪傳動是靠齒與齒的嚙合進行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等。

1．輪齒折斷

輪齒折斷通常有兩種情況：一種是由于多次重復的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中造成的疲勞折斷；另一種是由于突然產(chǎn)生嚴重過載或沖擊載荷作用引起的過載折斷。尤其是脆性材料（鑄鐵、淬火鋼等）制成的齒輪更容易發(fā)生輪齒折斷。兩種折斷均起始于輪齒受拉應(yīng)力的一側(cè)。增大齒根過渡圓角半徑、改善材料的力學性能、降低表面粗糙度以減小應(yīng)力集中，以及對齒根處進行強化處理（如噴丸、滾擠壓）等，均可提高輪齒的抗折斷能力。

2．齒面點蝕

輪齒工作時，前面嚙合處在交變接觸應(yīng)力的多次反復作用下，在靠近節(jié)線的齒面上會產(chǎn)生若干小裂紋。隨著裂紋的擴展，將導致小塊金屬剝落，這種現(xiàn)象稱為齒面點蝕。齒面點蝕的繼續(xù)擴展會影響傳動的平穩(wěn)性，并產(chǎn)生振動和噪聲，導致齒輪不能正常工作。點蝕是潤滑良好的閉式齒輪傳動常見的失效形式。提高齒面硬度和降低表面粗糙度值，均可提高齒面的抗點蝕能力、開式齒輪傳動，由于齒面磨損較快，不出現(xiàn)點蝕。

3．齒面磨損

輪齒嚙合時，由于相對滑動，特別是外界硬質(zhì)微粒進入嚙合工作面之間時，會導致輪齒表面磨損。齒面逐漸磨損后，齒面將失去正確的齒形，嚴重時導致輪齒過薄而折斷，齒面磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。為了減少磨損，重要的齒輪傳動應(yīng)采用閉式傳動，并注意潤滑。

4．齒面膠合

在高速重載的齒輪傳動中，齒面間的壓力大、溫升高、潤滑效果差，當瞬時溫度過高時，將使兩齒面局部熔融、金屬相互粘連，當兩齒面做相對運動時，粘住的地方被撕破，從而在齒面上沿著滑動方向形成帶狀或大面積的傷痕，低速重載的傳動不易形成油膜，摩擦發(fā)熱雖不大，但也可能因重載而出現(xiàn)冷膠合。采用黏度較大或抗膠合性能好的潤滑油，降低表面粗糙度以形成良好的潤滑條件；提高齒面硬度等均可增強齒面的抗膠合能力。

5．齒面塑性變形

硬度較低的軟齒面齒輪，在低速重載時，由于齒面壓力過大，在摩擦力作用下，齒面金屬產(chǎn)生塑性流動而失去原來的齒形。提高齒面硬度和采用黏度較高的潤滑油，均有助于防止或減輕齒面塑性變形。

在解決纖維段裂，纖維拔出，纖維壓入，微珠脫粘等四種測定界面剪切強度試驗方法給出矛盾結(jié)果的問題中，我們發(fā)現(xiàn)界面端應(yīng)力奇異性是癥結(jié)所在，據(jù)此得以對四種試驗方法進行理論評定，并指明設(shè)計界面剪切強度的標準測定方法的途徑。本項目研究界面端應(yīng)力奇異性失效判據(jù)是上述研究的擴展。界面端應(yīng)力奇異性是迄今所知的最復雜的應(yīng)力奇異性，包括無奇異、奇異和振蕩奇異，且奇異性指數(shù)不是常數(shù)，在0到-0.5之間。此種界面端開始脫粘的規(guī)律，尚未被報道過。為此，我們特別設(shè)計錐面－拔出等試件來進行實驗研究；通過理論分析，提取表征界面端奇異性應(yīng)力場的特征參量；最終建立界面端應(yīng)力奇異性失效判據(jù)；并進行判據(jù)的應(yīng)用研究。由于界面端應(yīng)力奇異性失效判據(jù)覆蓋界面裂紋奇異性和無奇異性，所建立的界面端應(yīng)力奇異性失效判據(jù)應(yīng)是界面，界面裂紋與界面端所有情況的失效判據(jù)的統(tǒng)一表達式。本項目將為復合材料界面力學填補界面端方面的空缺。 2100433B