浅谈齿轮疲劳点蚀的教学要点

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1、浅谈齿轮疲劳点蚀的教学要点【摘要】润滑良好的闭式齿轮传动屮常会产生疲劳点蚀现象，过大的接触应力和机械加工产生了有利于发生疲劳点蚀的裂纹，齿面间的滑动助长了新的裂纹，加大了原有裂纹，裂纹中的润滑油的挤胀振荡作用终于产生了疲劳点蚀。齿轮上的疲劳点蚀的发生有固定的部位，对齿轮传动有重要影响，但有一套行之有效的防止产生措施。【关键词】疲劳点蚀；接触应力；裂纹；润滑油；追越面；被追越面一、问题的提出在机械零件的教学中，总会遇到一个关于齿轮疲劳点蚀的问题，这个问题不仅是齿轮章节的一个重点，而且也是一个难点。必须在课堂上给学牛•讲深讲透。所谓疲劳点蚀是指在润滑良好的闭式齿轮传动中，齿轮经过较长时间的

2、运转后，出现噪声增大，冲击力增犬的现象，随之而来机构发生振动，机械效率下降。停机检查齿轮，发现在靠近齿轮节线的齿根面上存在一些坑状麻点，有明显的斑状削落痕迹，这种现象在机械上称为疲劳点蚀。二、齿轮表面微裂纹的产牛是疲劳点蚀发牛的前提条件（一）过人的接触应力使齿面表层产生微裂纹要弄清齿面表层微裂纹的产生原因，先从两齿轮接触情况分析入手。为了更形象直观地说明问题，可作如下假设：把一对在正压力Pn的作用下，在节点处互相接触的半径为P1和P2的齿轮，简化成一对在正压力Pn的作用下，互相接触的半径为Pl和P2的圆柱体。在法向正压力Pn的作用下，材料的微小弹性变形形成接触应力，产生一个接触应力区，

3、如图0所示。该区的接触应力oH由接触面的屮心向外迅速减弱，屮线处的接触应力最大设为omax,随齿轮传动。该接触应力区从轮齿的一面转移到轮齿的另一面，接触应力则山啮合接触时的最大转变为非接触时的零。齿轮的运转是循环往复的，接触应力的变化也是循环往复的，这种循环应力为齿轮的疲劳提供了条件。当外载荷达到使齿面表层接触应力超过材料本身抵抗疲劳破坏的能力后，会产牛疲劳破坏，即在节线附近齿根面表层产生微小的疲劳裂纹。图a两圆柱体接触时的接触应力图b追越面与被追越面裂纹的渗油情况（-）齿轮在制造过程中也可能产生裂纹齿轮在机加工，热处理过程屮可能产生一些微裂纹，特别是插齿、滚齿、剃齿、附磨、淬火中如工

4、艺路线安排不当，热处理方式及条件欠佳，都有可能产生一些微裂纹。（三）齿面间的滑动助长了裂纹的产生由雷诺实验可知，轮齿啮合过程中齿面间的相对滑动起着形成润滑油膜的作用，且相对滑动速度愈高，齿面间形成润滑油膜的作用愈显著，润滑效果也就愈良好，摩擦力就愈小，愈不易加人原有的微裂纹和产生新裂纹。相反相对滑动速度低，带油效果差，润滑不良，摩擦力则很大，很大的摩擦力加大了原有的微裂纹并产生了新的微裂纹。三、润滑油使裂纹变成疲劳点蚀（一）齿轮的传动特性及裂纹分布的分析我们知道，保证齿轮正确啮合传动的条件是重迭系数1WE<2,考虑到制造方面的原因，为保证齿轮正确啮合传动，常规定1<£<20这样一来,两

5、轮齿在啮合过程中，两轮齿面的相对滑动速度是不相同的，我们把表面滑动速度高的叫追越面，表面滑动速度低的叫被追越面，如图（b）所示。追越面产生的运动摩擦力F与运动方向相反，被追越面产生的运动摩擦力F与运动方向相同。由前面分析知，齿轮运转和制造过程中总会使齿面产牛一些开口端方向与摩擦力方向同向的裂纹，对追越面，裂纹末端先进入接触，对被追越面，裂纹开口端先进入接触。（二）润滑油使裂纹变成疲劳点蚀润滑油相对疲劳点蚀的作用要从两个方面來理解，一方面是润滑油减小了齿面间的擦，油膜的存在也加大了齿面上实际承受压力的面积，降低了接触应力，减轻和减少了裂纹的产生，从而减缓了疲劳点蚀的破坏。实际证明，润滑油

6、的粘度愈高，上过效果愈明显，但润滑油不能消去疲劳点蚀破坏。另一方面，润滑油又给齿轮疲劳点蚀创造了条件，口粘度越低，疲劳点蚀现象越严重。在被追越面的裂纹中，油被封在裂纹中，齿面受压变形时，裂纹屮的油受到了强力挤胀并伴随发生高频振荡，从而加快裂纹的扩展，到一定程度会崩掉一块金属。久而久之，表层金属层会一小片，一小片地削落下来，在轮齿表面上形成小麻点，这就是疲劳点蚀。（三）疲劳点蚀发生与传动形式有关从上面分析可知，疲劳点蚀的最终推手是润滑油，因此疲劳点蚀只会发生在润滑情况良好的闭式传动中的被追越面上。对追越面而言，由于裂纹开口后进入接触，裂纹中的油在齿轮运转时被挤出来，因此不会由于油的挤胀和

7、振荡而发生点蚀。根据齿轮传动原理，齿根部分为被追越面，齿顶部分为追越面，这也就是疲劳点蚀发生在节线以下的齿根部分的原因。另外，在开式传动中，一是没有润滑油的最终推手作用，二是山于齿面磨损较快，点蚀述來不及出现或扩展即被磨损掉，所以开式传动一般看不到疲劳点蚀现象。四、齿轮疲劳点蚀对传动的影响及防止措施齿轮产生疲劳点蚀后，齿面的有效受力面积减少，从而乂加大了接触应力，接触应力的加大反过来加剧了疲劳点蚀。疲劳点蚀破坏了渐开线齿形，引起和增大齿轮工作时