3失效的形式與判據(jù)
3.1重載齒輪的分類
重載齒輪的分類及說明見表1。
表1
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重載齒輪分類 |
說明 |
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代號(hào) |
類別 |
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Ⅰ |
一般設(shè)備 |
齒輪失效僅引起單臺(tái)設(shè)備停產(chǎn)。如開式傳動(dòng)齒輪，礦山破碎機(jī)齒輪等 |
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Ⅱ |
重要設(shè)備 |
齒輪失效引起機(jī)組、生產(chǎn)線或全廠停產(chǎn)、設(shè)備損壞。如球磨、燒結(jié)、
冶金、化工、輕工機(jī)械齒輪等 |
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Ⅲ |
高安全要求設(shè)備 |
齒輪失效引起設(shè)備、人身事故。如起重設(shè)備、載入電梯齒輪等 |
3.2齒面
3.2.1磨損的形式
正常磨損 齒面在嚙合傳動(dòng)中不可避免的緩慢磨損。
不正常磨損 包括磨粒磨損（見圖1）；過渡磨損（見圖2）；腐蝕磨損（見圖3）等。
a磨粒磨損
A-A為節(jié)線區(qū)
由于外部硬顆粒落入嚙合齒面，導(dǎo)致齒面呈均勻的磨損條痕
圖1
3.2.2磨損失效的判據(jù)
a.無論何種磨損，或數(shù)中磨損同時(shí)出的磨損，其齒根兩側(cè)磨損量之和△S（mm）與齒輪模數(shù)mn（mm）的百分比值M（M=△S/mn）達(dá)到或超過表2所列指標(biāo)，則該齒輪應(yīng)被判為失效。
表2
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重載齒輪分類 |
M |
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v＜10m/s |
v≥10～20m/s |
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Ⅰ |
40 |
30 |
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Ⅱ |
30 |
20 |
|
Ⅲ |
15 |
10 |
b.按GB3480中輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法及實(shí)測(cè)的磨損后齒輪的各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算齒輪磨損后的彎曲強(qiáng)度，若
SF′＜[SFmin]…………………………（1）
該輪齒應(yīng)被判為失效。
式中：SF′——磨損后輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)；
[SFmin]——本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的判別齒輪夫效的最小齒根彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)，見表3。
表3
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重載齒輪分類 |
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅲ |
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[SFmin] |
1 |
1.2 |
1.4 |
a、b兩種判別方法等效，優(yōu)先采用a法。
3.3齒面點(diǎn)蝕失效
3.3.1點(diǎn)蝕的形式
初期點(diǎn)蝕 負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)初期出現(xiàn)的點(diǎn)蝕，經(jīng)跑合后點(diǎn)蝕可收斂，不再呈線性發(fā)展。
擴(kuò)展性點(diǎn)蝕 齒輪接觸應(yīng)力始終超過接觸疲勞極限，點(diǎn)蝕不斷擴(kuò)展，磨損加劇，振動(dòng)和噪聲增大，最后導(dǎo)致齒輪換效（見圖4）。
3.3.2點(diǎn)蝕失效的判據(jù)
a.齒面點(diǎn)蝕面積與輪齒工作齒面面積的比率α,20%以上點(diǎn)蝕的坑最大尺寸與模數(shù)值的比率β，20%以上的點(diǎn)蝕坑的最大濃度與模數(shù)值的比率γ，第Ⅰ類重載齒輪點(diǎn)蝕達(dá)到或超過表4中兩組指標(biāo)的任一組，第Ⅱ、Ⅲ類重載齒輪點(diǎn)蝕達(dá)到或超過表4中的各自一組指標(biāo)，該齒輪被判為失效。
表4
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重載齒輪分類 |
α |
β |
γ |
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v＜10m/s |
v≥10～20m/s |
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Ⅰ |
55 |
20 |
30 |
20 |
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40 |
40 |
35 |
30 |
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Ⅱ |
50 |
30 |
25 |
20 |
|
Ⅲ |
50 |
20 |
15 |
10 |
注：①點(diǎn)蝕坑深度包括微裂濃度和齒面磨損厚度。
②當(dāng)點(diǎn)蝕坑深達(dá)到表中值，其他指標(biāo)尚未達(dá)到表中值，應(yīng)建立該齒輪的檔案，跟蹤觀測(cè)。
③點(diǎn)蝕面積的測(cè)量仿照GB10095測(cè)量齒面接觸斑點(diǎn)的方法進(jìn)行。
b.根據(jù)實(shí)測(cè)齒面未點(diǎn)蝕的當(dāng)量齒寬b′按下列簡化式計(jì)算齒面接觸應(yīng)力σH:
式中：dw1——小齒輪節(jié)圓直徑，mm；
T1——小齒輪軸輸入工作轉(zhuǎn)矩，N·mm；
i——傳動(dòng)比，i=大齒輪齒數(shù)z2/小齒輪齒數(shù)z1；
b′——實(shí)測(cè)未點(diǎn)蝕的當(dāng)量齒寬，mm。
式中：a——齒面點(diǎn)蝕面積與工作齒面面積的比率；
S——輪齒工作齒面面積，mm2；
h——輪齒工作齒高，mm；
當(dāng)σH＞[σH]時(shí)，該齒輪應(yīng)被判為失效。
[σH]——齒面許用接觸應(yīng)力，N/mm2
[σH]=2×HB N/mm2…………………………（4）
或[σH]=18×HRC N/mm2…………………………（5）
式中：HB——調(diào)質(zhì)齒輪的齒面實(shí)測(cè)布氏硬度；
HRC——硬化齒輪的齒面實(shí)測(cè)洛低硬度。
a、 b兩種判別方法一判定為失效，則該齒輪應(yīng)被判為失效。
3.4齒面剝落失效
3.4.1剝落的形式
剝落是指齒面上的材料成片剝離的一種輪齒損傷。剝落坑的形狀不規(guī)則，一般較為淺平，而且比點(diǎn)蝕坑大（見圖5）。
3.4.2齒面剝落失效的判據(jù)
與齒面點(diǎn)蝕失效的判據(jù)相同。
3.5齒面膠合失效
3.5.1膠合的形式
膠合是相嚙合齒面的金屬，在一定壓力下直接接觸發(fā)生粘著，同時(shí)隨著齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使金屬從齒面上撕落而引起的一種嚴(yán)重粘著磨損現(xiàn)象（見圖6）。
3.5.2膠合失效的判據(jù)
齒面膠合面積與工作齒面面積的比率ω及膠合溝痕的深度與模數(shù)的比率δ，達(dá)到或超過表5規(guī)定的指標(biāo)，則該齒輪應(yīng)被判為失效。
表5
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重載齒輪分類 |
v＜10m/s |
v≥10～20m/s |
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ω |
δ |
ω |
δ |
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Ⅰ、Ⅱ |
30 |
15 |
20 |
10 |
|
Ⅲ |
20 |
10 |
3.6輪齒塑變失效
3.6.1塑變的形式
熱塑變 潤滑不良，輪齒工作溫度過高，部分齒或全齒塑性變形（見圖7）。
壓陷 由于堅(jiān)硬異物進(jìn)入嚙合或偏載，工作齒面出現(xiàn)局部凹陷，非工作齒面凸起（見圖8）。
3.6.2輪齒塑變失效的判據(jù)
輪齒塑變千百萬齒面的峰或谷比理論齒形高于或低于該齒輪模數(shù)的20%，該齒輪應(yīng)被判為失效。
3.7輪齒折斷、裂紋失效
3.7.1折斷、裂紋的形式
過載折斷、裂紋 齒輪承受嚴(yán)重過載、沖擊或異物進(jìn)入嚙合而引起瞬時(shí)折斷、裂紋（見圖9）。
偏載折斷、裂紋 偏載引起局部過載，其折斷、裂紋主要是折角（見角10）。
疲勞折斷、裂紋 循環(huán)應(yīng)力超過齒輪彎曲疲勞極限，一般在齒根的受拉側(cè)應(yīng)力集中處出現(xiàn)裂紋，不斷擴(kuò)展導(dǎo)致輪齒折斷或裂紋（見圖11）。
此外，還有嚴(yán)重磨損、點(diǎn)蝕、剝落、膠合及制造缺陷等引起的與齒根圓角截面無關(guān)的隨機(jī)斷齒（見圖12）。
3.7.2折斷、裂紋失效的判據(jù)
輪齒折斷或裂紋達(dá)到或超過表6中所列指標(biāo)之一，該齒輪應(yīng)被判為失效。
表6
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重載齒輪分類 |
折斷 |
裂紋 |
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Ⅰ、Ⅱ |
≥齒寬的1/4 |
≥齒寬的1/6 |
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Ⅲ |
≥齒寬的1/5 |
≥齒寬的1/5 |
注：Ⅰ、Ⅱ類斜齒、雙斜齒齒輪輪齒折斷或裂紋發(fā)生在齒高中線以上，折斷指標(biāo)可增為≥齒寬的1/3、裂紋可增為≥齒寬的1/4。輪齒的裂紋部分應(yīng)設(shè)法除掉，制止發(fā)展。
