（一）失效形式

    齒輪傳動就裝置形式來說，有開式、半開式及閉式之分；就使用情況來說有低速、高速及輕載、重載之別；就齒輪材料的性能及熱處理工藝的不同，輪齒有較脆（如經(jīng)整體淬火、齒面硬度較高的鋼齒輪或鑄鐵齒輪）或較韌（如經(jīng)調(diào)質(zhì)、?；膬?yōu)質(zhì)鋼材及合金鋼齒輪），齒面有較硬（輪齒工作面的硬度大于350HBS或38HRC，并稱為硬齒面齒輪）或較軟（輪齒工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC，并稱為軟齒面齒輪）的差別等。由于上述條件的不同，齒輪傳動也就出現(xiàn)了不同的失效形式。一般地說，齒輪傳動的失效主要是輪齒的失效，而輪齒的失效形式又是多種多樣的，這里只就較為常見的輪齒折斷和工作面磨損、點(diǎn)蝕,膠合及塑性變形等略作介紹，其余的輪齒失效形式請參看有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。至于齒輪的其它部分（如齒圈、輪輻、輪轂等），除了對齒輪的質(zhì)量大小需加嚴(yán)格限制外，通常只需按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，所定的尺寸對強(qiáng)度及剛度均較富裕，實(shí)踐中也極少失效。

1.輪齒折斷

　　輪齒折斷有多種形式，在正常情況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因?yàn)樵谳嘄X受載時，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應(yīng)力集中作用，當(dāng)輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使輪齒疲勞折斷（見圖1 圖2 圖3）。 此外，在輪齒受到突然過載時，也可能出現(xiàn)過載折斷或剪斷；在輪齒受到嚴(yán)重磨損后齒厚過分減薄時，也會在正常載荷作用下發(fā)生折斷。 在斜齒圓柱齒輪（簡稱斜齒輪）傳動中，輪齒工作面上的接觸線為一斜線（參看），輪齒受載后，如有載荷集中時，就會發(fā)生局部折斷。

圖1

圖2

圖3

若制造或安裝不良或軸的彎曲變形過大，輪齒局部受載過大時，即使是直齒圓柱齒輪（簡稱直齒輪），也會發(fā)生局部折斷。
　　為了提高齒輪的抗折斷能力，可采取下列措施：1）用增加齒根過渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來減小齒根應(yīng)力集中；2）增大軸及支承的剛性，使輪齒接觸線上受載較為均勻；3）采用合適的熱處理方法使齒芯材料具有足夠的韌性；4）采用噴丸、滾壓等工藝措施對齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。

2.齒面磨損

　　在齒輪傳動中，齒面隨著工作條件的不同會出現(xiàn)不同的磨損形式。例如當(dāng)嚙合齒面間落入磨料性物質(zhì)（如砂粒、鐵屑等）時，齒面即被逐漸磨損而至報廢。這種磨損稱為磨粒磨損（見圖1 圖2 圖3 ）。它是開式齒輪傳動的主要形式之一。改用閉式齒輪傳動是避免齒面磨粒磨損最有效的方法。

3.齒面點(diǎn)蝕

　　點(diǎn)蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤滑良好的閉式齒輪傳動中，常見的齒面失效形式多為點(diǎn)蝕。所謂點(diǎn)蝕就是齒面材料變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象（見圖1 圖2 圖3）。齒面上最初出現(xiàn)的點(diǎn)蝕僅為針尖大小的麻點(diǎn)，如工作條件未加改善，麻點(diǎn)就會逐漸擴(kuò)大，甚至數(shù)點(diǎn)連成一片，最后形成了明顯的齒面損傷。 齒輪在嚙合過程中，齒面間的相對滑動起著形成潤滑油膜的作用，而且相對滑動速度愈高，愈易在齒面間形成油膜，潤滑也就愈好。當(dāng)輪齒在靠近節(jié)線處嚙合時，由于相對滑動速度低，形成油膜的條件差，潤滑不良，摩擦力較大，特別是直齒輪傳動，通常這時只有一對齒嚙合，輪齒受力也最大，因此，點(diǎn)蝕也就首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根面上，然后再向其它部位擴(kuò)展。

　　從相對意義上說，也就是靠近節(jié)線處的齒根面抵抗點(diǎn)蝕的能力最差（即接觸疲勞強(qiáng)度最低）。 提高齒輪材料的硬度，可以增強(qiáng)齒輪抗點(diǎn)蝕的能力。在嚙合的輪齒間加注潤滑油可以減小摩擦，減緩點(diǎn)蝕，延長齒輪的工作壽命。并且在合理的限度內(nèi)，潤滑油的粘度越高，上述效果也愈好。因?yàn)楫?dāng)齒面上出現(xiàn)疲勞裂紋后，潤滑油就會侵入裂紋，而且粘度愈低的油，愈易侵入裂紋。潤滑油侵入裂紋后，在輪齒嚙合時，就有可能在裂紋內(nèi)受到擠脹，從而加快裂紋的擴(kuò)展，這是不利之處。所以對速度不高的齒輪傳動，以用粘度高一點(diǎn)的油來潤滑為宜；對速度較高的齒輪傳動（如圓周速度v>12m/s），要用噴油潤滑（同時還起散熱的作用），此時只宜用粘度低的油。開式齒輪傳動，由于齒面磨損較快，很少出現(xiàn)點(diǎn)蝕。

4.齒面膠合

　　對于高速重載的齒輪傳動（如航空發(fā)動機(jī)減速器的主傳動齒輪），齒面間的壓力大，瞬間溫度高，潤滑效果差，當(dāng)瞬時溫度過高時，相嚙合的兩齒面就會發(fā)生粘在一起的現(xiàn)象，由于此時兩齒面又在作相對滑動，相粘結(jié)的部位即被撕破，于是在齒面上沿相對滑動的方向形成傷痕，稱為膠合，如圖1 圖2 圖3中的輪齒部分所示。傳動時齒面瞬時溫度愈高、相對滑動速度愈大的地方，愈易發(fā)生膠合。

　　有些低速重載的重型齒輪傳動，由于齒面間的油膜遭到破壞，也會產(chǎn)生膠合失效。此時，齒面的瞬時溫度并無明顯增高，故稱為冷膠合。 加強(qiáng)潤滑措施，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油（如硫化油），在潤滑油中加入極壓添加劑等，均可防止或減輕齒面的膠合。

5.齒面塑性變形

　　塑性變形屬于輪齒永久變形一大類的失效形式，它是由于在過大的應(yīng)力作用下，輪齒材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動所形成的。塑性變形一般發(fā)生在硬度低的齒輪上；但在重載作用下，硬度高的齒輪上也會出現(xiàn)。 塑性變形又分為滾壓塑變和錘擊塑變。滾壓塑變是由于嚙合輪齒的相互滾壓與滑動而引起的材料塑性流動所形成的。由于材料的塑性流 動方向和齒面上所受的摩擦力方向一致，所以在主動輪的輪齒上沿相對滑動速度為零的節(jié)線處被碾出溝槽,而在從動輪的輪齒上則在節(jié)線處被擠出脊棱。這種現(xiàn)象稱為滾壓塑變（見右圖）。錘擊塑變則是伴有過大的沖擊而產(chǎn)生的塑性變形，它的特征是在齒面上出現(xiàn)淺的溝槽，且溝槽的取向與嚙合輪齒的接觸線相一致。 提高輪齒齒面硬度，采用高粘度的或加有極壓添加劑 的潤滑油均有助于減緩或防止輪齒產(chǎn)生塑性變形。

　　提高輪齒對上述幾種失效形式的抵抗能力，除上面所說的辦法外，還有減小齒面粗糙度值，適當(dāng)選配主、從動齒輪的材料及硬度，進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪ズ希ㄅ芎希?，以及選用合適的潤滑劑及潤滑方法等。前已說明，輪齒的失效形式很多。除上述五種主要形式外，還可能出現(xiàn)齒面融化、齒面燒傷、電蝕、異物嚙入和由于不同原因產(chǎn)生的多種腐蝕和裂紋等等，可參看有關(guān)資料。

（二）設(shè)計準(zhǔn)則

　　由上述分析可知，所設(shè)計的齒輪傳動在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個工作壽命期間不致失效。因此，針對上述各種工作情況及失效形式，都應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實(shí)際使用而且行之有效的計算方法及設(shè)計數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計的一般使用的齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計算。對于高速大功率的齒輪傳動（如航空發(fā)動機(jī)主傳動、汽輪發(fā)電機(jī)組傳動等），還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計算（參閱GB6413－1986）。至于抵抗其它失效能力，目前雖然一般不進(jìn)行計算，但應(yīng)采取的措施，以增強(qiáng)輪齒抵抗這些失效的能力。

　　由實(shí)踐得知，在閉式齒輪傳動中，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。但對于齒面硬度很高、齒芯強(qiáng)度又低的齒輪（如用20、20Cr鋼經(jīng)滲碳后淬火的齒輪）或材質(zhì)較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時，則視具體情況而定。

　　功率較大的傳動，例如輸入功率超過75kW的閉式齒輪傳動，發(fā)熱量大，易于導(dǎo)致潤滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應(yīng)作散熱能力計算。

　　開式（半開式）齒輪傳動，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計算，但如前所述，對齒面抗磨損能力的計算方法迄今尚不夠完善，故對開式（半開式）齒輪傳動，目前僅以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計準(zhǔn)則。為了延長開式（半開式）齒輪傳動的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當(dāng)增大。

　　前已述之，對于齒輪的輪圈、輪輻、輪轂等部位的尺寸，通常僅作結(jié)構(gòu)設(shè)計，不進(jìn)行強(qiáng)度計算。