传动系统中齿轮的常见失效形态和诊断

齿轮传动可以在有限的空间内，实现任意两轴之间运动和动力的传递，具有工作可靠、传动效率高、瞬时传动比恒定、使用寿命长等优点。根据不同分类方法，齿轮可分为以下几类：

齿轮设计时精度选择不当、材料和热处理不良或工作润滑不足等，齿轮可能出现失效。齿轮精度等级主要影响加工误差，从而影响载荷的正常分布。但过高的精度会导致成本过高。日本JIS B 1702标准将齿轮划分为9个等级精度，其中4级为最高精度级，12级为最低精度级。设计时，可以通过行业需要、强度校核、成本核算等来选择合适的精度。
齿轮常见的失效分为齿轮轴失效、辐板失效和轮齿失效，其中前两种失效情况一般由应力破坏、疲劳破坏、共振破坏等因素造成，而轮齿失效又可根据失效形态分为五种情况。
失效形态1：轮齿折断
表现：轮齿的整体或局部从齿轮断裂分离或脱落，常见为齿根折断。
影响：轮齿折断是最为严重的失效形式，断齿常常会在离心力的作用下造成传动瞬时卡滞或破坏机匣，造成设备停机，必须避免。
诊断：轮齿在工作过程中承受啮合力，其中齿根部分承受的弯曲应力最大，而且齿根圆角常常有应力集中。当瞬时冲击载荷超过额定载荷时，可能会造成过载折断；当受到的交变应力超过材料的弯曲疲劳极限且不断重复时，在齿根受拉的一侧就会产生疲劳裂纹，最终发生疲劳折断。
对策：设计齿轮时，应对齿根弯曲疲劳强度进行校核。通常的，可以通过增大模数、增大齿根圆角半径、齿面强化处理等方式进行改善。