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【摘 要】 在机械传动过程中，齿轮传动是一种非常重要的方式。目前已经应用于几乎所有的机械行业，在国民经济的发展中起着重要的作用，大大提高了机械制造生产的效率。经过多年的发展，我们发现齿轮传动过程中存在着一些问题，这些问题会导致齿轮传统的作用完全失效或是部分失效。本文对机械传动齿轮失效的诊断与检修进行阐述。
【关键词】 机械传动齿轮；失效诊断；检修
前言：
机械传动齿轮具有效率高、结构紧凑、工作寿命长以及传动比稳定的优势，在机械传动形式中受到广泛欢迎。机械传动齿轮的失效模式主要有轮齿折断、齿面胶合、齿面点蚀以及塑性变形等情况，轮齿的啮合不合理时，就极容易造成齿轮结构的超负荷运转或冲击负荷的出现，相对较软的轮齿就会出现塑性变形，甚至会出现飞边、轮齿变圆等问题。齿轮失去正常齿形后，啮合将会受到更严重的影响，大大降低了机械传动的效率与作用。但它在诊断过程中需要的技术要求也较高，只有准确判断，才能准确定位问题，并进行改造或检修。
一、齿轮失效的主要形式
1、轮齿折断
轮齿受力后，相当于悬臂梁受载，齿根部弯曲应力最大，同时齿根又有较大的应力集中，因此，轮齿弯曲折断一般发生在齿根部分。齿轮传动工作时，轮齿每啮合一次，齿根弯曲应力变化一次。当弯曲应力超过弯曲疲劳极限，轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲勞裂纹，并逐渐扩展，致使轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。轮齿受到短时意外的严重过载或冲击载荷作用也易造成突然折断，这种折断称为过载折断。
2、齿面点蚀
齿面点蚀是一种在轮齿表面上出现麻点的齿面疲劳损伤。齿轮传动工作时，轮齿表面的接触应力呈脉动变化。在接触应力作用下工作一定时间后，靠近节线的齿根表面就会出现若干小裂纹，润滑油渗入裂纹，当裂纹随轮齿啮合而闭合后，封闭在裂纹中的润滑油在压力作用下，产生楔挤作用而使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀。齿轮发生齿面点蚀后，严重影响传动的工作平稳性并产生振动和噪音，影响传动的正常工作，甚至导致传动的破坏。
3、齿面胶合
胶合是比较严重的粘着磨损，在高速重载传动中时，因滑动速度高而产生的瞬时高温会使油膜破裂，造成齿面间的粘焊现象，粘焊处被撕脱后，轮齿表面沿滑动方向均成沟痕，这种胶合称为热胶合。在低速重载传动中，不易形成油膜，摩擦热虽不大，但也可能因重载而出现冷粘着，这种胶合称为冷胶合。热胶合是高速、重载材料传动的主要失效形式。
4、齿面磨损
互相啮合的两齿廓表面有相对滑动，在载荷作用下，会引起齿面的磨损。如果磨损的速度符合预定的设计使用期限，则应视为正常磨损。正常磨损的齿面很光亮，没有明显的痕迹。在规定的磨损量界限内，并不影响齿轮的工作能力。但齿面磨损严重后，轮齿将失去正确的齿形，会导致严重的噪音和振动，影响齿轮正常工作，齿厚逐渐减薄，最后导致轮齿因强度不足而折断。
5、齿面塑性变形
当齿轮材料较软而载荷及摩擦力又很大时，在啮合过程中，齿面表层材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形，从而破坏正确齿形。在主动轮齿面节线的两侧，齿顶和齿根的摩擦力方向相背，在节线附近形成凹沟；在从动轮齿节线的两侧，齿顶和齿根摩擦力方向相对，因此在节线附近形成凸脊，齿面塑性流动破坏了正确的渐开线齿廓，导致轮齿从动失效。
二、导致齿轮失效现象的主要诱因分析
1、制造误差齿轮制造时造成的主要异常有：偏心、齿距偏差和齿形误差等。所谓偏心，是指齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重合。齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距之差；而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。
2 装配不良齿轮装配不当，会造成齿轮的工作性能恶化。例如，在齿宽方向只有一端接触，或者齿轮的直线性偏差等，使齿轮所承受的载荷在齿宽方向不均匀，不能平稳地传递动力。这种情况使齿的局部增加多余的载荷，有可能造成断齿，此现象称为“一端接触”。
三、齿轮失效的诊断方法
1、简易诊断法
一对齿轮啮合传动时，某一轮齿进入啮合到退出啮合的时间，称为啮合周期。啮合周期的倒数则为啮合频率，用?m表示，其表达式为
式中：Z1-小齿轮齿数；
Z2-大齿轮齿数；
n1-小齿轮的转数（r/min）；
n2-大齿轮的转数（r/min）。
简易诊断就是通过传感器对运动齿轮的引出端，如普通减速器的轴承座盖等监测部位进行振动监测，并对监测测得的噪声谱进行技术分析，从而对齿轮进行诊断。
诊断时，如果轴承座在机壳内部，则可选择轴承座附近刚度好的部位，或测量基础的振动。为了保持每次测定的部位不变，可以在测定位置作出记号。如果测定部位要排在钢铁件上，测定部位的表面应是光滑的。同时，应尽可能地沿水平、垂直、轴向三个方向进行测定。
诊断的齿轮转速可在100r/min以上。简易诊断的项目主要是齿轮的偏心、齿距误差、齿形误差、齿面磨损、齿根部较大的裂纹等。
这里应注意的是，齿轮的种类各不相同，因此，不要只用一种方法进行诊断，而是要考虑用两种方法同时诊断。
2、精密诊断法
齿轮诊断监测的振谱是各具特点的，其中，啮合频率?m在故障诊断中有着重要意义。各类故障在频域中的显示特点可作精密诊断时的参考：
1）当齿轮磨损时，啮合频率?m及其谐频分量保持不变，但幅值大小会有所变化，高次频率分量的幅值将明显增大。
2）当齿廓有变形或齿根有裂纹时，?m幅值变大，其谐频分量也增加。
3）当齿轮中出现断齿时.由于断齿间隔影响了与齿数有关的啮合周期，从而影响了?o、?m及其频率分量的变化（?o为固有频率）。 4）当齿轮轴出现平衡不准、对中性不好和松动的缺陷时，将出现?o的低次谐波。
5）齿轮有制造误差，将出现一个特定的转频谐波。
6）当齿圈有偏心时，除振幅增大外，将出现以与偏心有关的?o、?m为高频的调幅信号。
7）当齿轮有角速度波动时，由于ω=2π?，则出现调频现象。
上述内容是齿轮精密诊断的重要依据，再根据客观的使用情况，辅以检测仪器，从而得出较为客观的诊断。
四、齿轮的检修
如何通过检修来判断齿轮是否报废呢？不同的机构有不同的报废标准，這里只从常用运行机构中啮合齿轮的不同失效形式来论述。
首先是齿轮有裂纹出现或是齿面断裂时，就需要报废了；二是当齿轮轮齿的表面点蚀损坏占整个轮齿表面的三成以上，深度达到10%以上，或者点蚀面积超过60%，就需要报废处理；三是对于齿轮的磨损，它对于不同的应用机构有着不同的要求。对于一般的提升机构而言，安全系数较高，磨损齿厚不应该低于原厚度的80%；对于一般性的运行机构而言，齿轮的磨损不应该低于60%，如果超出此范围，则需要更换齿轮结构了。第四，为避免胶合现象出现，应该采用高粘度的润滑油，因为胶合会发生在低速但载荷力较大的场合，这个时候除了加润滑油外，还需要提高齿轮面的硬度、减少齿面的表面粗糙度。加入润滑油，对于点蚀失效、磨损失效都有较佳效果。
针对不同的失效模式的齿轮有着不同的检修方法。对于高速运转使用的齿轮出现磨损情况时，一般润滑油过少或者间隙过小，它的排除方法就是减少负荷，增加润滑油；针对齿顶变尖的现象，可以增加齿轮的齿心距，或改用变位齿轮；针对齿形出现波纹磨损时，需要增加润滑油；对于出现胶合的齿轮现象，可以清洁油泵，提高齿轮的表面硬度，减少负荷，或使用粘度较高的润滑油，避免应力直接作用于齿面上；针对产生塑性变形的齿轮，就需要考虑环境条件了，要改善散热条件，或更换齿轮。
另外针对齿轮本身的修理方法包括：镶齿修复法、镶齿圈修复法、齿轮翻转使用法、修复铸铁齿轮的断齿、镶焊齿坯修理法等，通过对轮齿的修复处理达到可以使用的目的。
五、结语
齿轮的失效形式虽然多种多样，但在实际工作应具体分析齿轮失效的诱因，才能作出正确的选择，合理加强齿轮加工、使用和维修保养措施，从而有效避免齿轮失效现象的发生。
参考文献：
[1]李如华，韩梅，郎娟芳.《齿轮失效形式分析》[J].机电产品开发与创新，2011（2）.
[2]聂勇军，罗敬东.《齿轮失效模式形成分析》[J].琼州学院学报，2011（2）.
【关键词】 机械传动齿轮；失效诊断；检修
前言：
机械传动齿轮具有效率高、结构紧凑、工作寿命长以及传动比稳定的优势，在机械传动形式中受到广泛欢迎。机械传动齿轮的失效模式主要有轮齿折断、齿面胶合、齿面点蚀以及塑性变形等情况，轮齿的啮合不合理时，就极容易造成齿轮结构的超负荷运转或冲击负荷的出现，相对较软的轮齿就会出现塑性变形，甚至会出现飞边、轮齿变圆等问题。齿轮失去正常齿形后，啮合将会受到更严重的影响，大大降低了机械传动的效率与作用。但它在诊断过程中需要的技术要求也较高，只有准确判断，才能准确定位问题，并进行改造或检修。
一、齿轮失效的主要形式
1、轮齿折断
轮齿受力后，相当于悬臂梁受载，齿根部弯曲应力最大，同时齿根又有较大的应力集中，因此，轮齿弯曲折断一般发生在齿根部分。齿轮传动工作时，轮齿每啮合一次，齿根弯曲应力变化一次。当弯曲应力超过弯曲疲劳极限，轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲勞裂纹，并逐渐扩展，致使轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。轮齿受到短时意外的严重过载或冲击载荷作用也易造成突然折断，这种折断称为过载折断。
2、齿面点蚀
齿面点蚀是一种在轮齿表面上出现麻点的齿面疲劳损伤。齿轮传动工作时，轮齿表面的接触应力呈脉动变化。在接触应力作用下工作一定时间后，靠近节线的齿根表面就会出现若干小裂纹，润滑油渗入裂纹，当裂纹随轮齿啮合而闭合后，封闭在裂纹中的润滑油在压力作用下，产生楔挤作用而使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀。齿轮发生齿面点蚀后，严重影响传动的工作平稳性并产生振动和噪音，影响传动的正常工作，甚至导致传动的破坏。
3、齿面胶合
胶合是比较严重的粘着磨损，在高速重载传动中时，因滑动速度高而产生的瞬时高温会使油膜破裂，造成齿面间的粘焊现象，粘焊处被撕脱后，轮齿表面沿滑动方向均成沟痕，这种胶合称为热胶合。在低速重载传动中，不易形成油膜，摩擦热虽不大，但也可能因重载而出现冷粘着，这种胶合称为冷胶合。热胶合是高速、重载材料传动的主要失效形式。
4、齿面磨损
互相啮合的两齿廓表面有相对滑动，在载荷作用下，会引起齿面的磨损。如果磨损的速度符合预定的设计使用期限，则应视为正常磨损。正常磨损的齿面很光亮，没有明显的痕迹。在规定的磨损量界限内，并不影响齿轮的工作能力。但齿面磨损严重后，轮齿将失去正确的齿形，会导致严重的噪音和振动，影响齿轮正常工作，齿厚逐渐减薄，最后导致轮齿因强度不足而折断。
5、齿面塑性变形
当齿轮材料较软而载荷及摩擦力又很大时，在啮合过程中，齿面表层材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形，从而破坏正确齿形。在主动轮齿面节线的两侧，齿顶和齿根的摩擦力方向相背，在节线附近形成凹沟；在从动轮齿节线的两侧，齿顶和齿根摩擦力方向相对，因此在节线附近形成凸脊，齿面塑性流动破坏了正确的渐开线齿廓，导致轮齿从动失效。
二、导致齿轮失效现象的主要诱因分析
1、制造误差齿轮制造时造成的主要异常有：偏心、齿距偏差和齿形误差等。所谓偏心，是指齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重合。齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距之差；而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。
2 装配不良齿轮装配不当，会造成齿轮的工作性能恶化。例如，在齿宽方向只有一端接触，或者齿轮的直线性偏差等，使齿轮所承受的载荷在齿宽方向不均匀，不能平稳地传递动力。这种情况使齿的局部增加多余的载荷，有可能造成断齿，此现象称为“一端接触”。
三、齿轮失效的诊断方法
1、简易诊断法
一对齿轮啮合传动时，某一轮齿进入啮合到退出啮合的时间，称为啮合周期。啮合周期的倒数则为啮合频率，用?m表示，其表达式为
式中：Z1-小齿轮齿数；
Z2-大齿轮齿数；
n1-小齿轮的转数（r/min）；
n2-大齿轮的转数（r/min）。
简易诊断就是通过传感器对运动齿轮的引出端，如普通减速器的轴承座盖等监测部位进行振动监测，并对监测测得的噪声谱进行技术分析，从而对齿轮进行诊断。
诊断时，如果轴承座在机壳内部，则可选择轴承座附近刚度好的部位，或测量基础的振动。为了保持每次测定的部位不变，可以在测定位置作出记号。如果测定部位要排在钢铁件上，测定部位的表面应是光滑的。同时，应尽可能地沿水平、垂直、轴向三个方向进行测定。
诊断的齿轮转速可在100r/min以上。简易诊断的项目主要是齿轮的偏心、齿距误差、齿形误差、齿面磨损、齿根部较大的裂纹等。
这里应注意的是，齿轮的种类各不相同，因此，不要只用一种方法进行诊断，而是要考虑用两种方法同时诊断。
2、精密诊断法
齿轮诊断监测的振谱是各具特点的，其中，啮合频率?m在故障诊断中有着重要意义。各类故障在频域中的显示特点可作精密诊断时的参考：
1）当齿轮磨损时，啮合频率?m及其谐频分量保持不变，但幅值大小会有所变化，高次频率分量的幅值将明显增大。
2）当齿廓有变形或齿根有裂纹时，?m幅值变大，其谐频分量也增加。
3）当齿轮中出现断齿时.由于断齿间隔影响了与齿数有关的啮合周期，从而影响了?o、?m及其频率分量的变化（?o为固有频率）。 4）当齿轮轴出现平衡不准、对中性不好和松动的缺陷时，将出现?o的低次谐波。
5）齿轮有制造误差，将出现一个特定的转频谐波。
6）当齿圈有偏心时，除振幅增大外，将出现以与偏心有关的?o、?m为高频的调幅信号。
7）当齿轮有角速度波动时，由于ω=2π?，则出现调频现象。
上述内容是齿轮精密诊断的重要依据，再根据客观的使用情况，辅以检测仪器，从而得出较为客观的诊断。
四、齿轮的检修
如何通过检修来判断齿轮是否报废呢？不同的机构有不同的报废标准，這里只从常用运行机构中啮合齿轮的不同失效形式来论述。
首先是齿轮有裂纹出现或是齿面断裂时，就需要报废了；二是当齿轮轮齿的表面点蚀损坏占整个轮齿表面的三成以上，深度达到10%以上，或者点蚀面积超过60%，就需要报废处理；三是对于齿轮的磨损，它对于不同的应用机构有着不同的要求。对于一般的提升机构而言，安全系数较高，磨损齿厚不应该低于原厚度的80%；对于一般性的运行机构而言，齿轮的磨损不应该低于60%，如果超出此范围，则需要更换齿轮结构了。第四，为避免胶合现象出现，应该采用高粘度的润滑油，因为胶合会发生在低速但载荷力较大的场合，这个时候除了加润滑油外，还需要提高齿轮面的硬度、减少齿面的表面粗糙度。加入润滑油，对于点蚀失效、磨损失效都有较佳效果。
针对不同的失效模式的齿轮有着不同的检修方法。对于高速运转使用的齿轮出现磨损情况时，一般润滑油过少或者间隙过小，它的排除方法就是减少负荷，增加润滑油；针对齿顶变尖的现象，可以增加齿轮的齿心距，或改用变位齿轮；针对齿形出现波纹磨损时，需要增加润滑油；对于出现胶合的齿轮现象，可以清洁油泵，提高齿轮的表面硬度，减少负荷，或使用粘度较高的润滑油，避免应力直接作用于齿面上；针对产生塑性变形的齿轮，就需要考虑环境条件了，要改善散热条件，或更换齿轮。
另外针对齿轮本身的修理方法包括：镶齿修复法、镶齿圈修复法、齿轮翻转使用法、修复铸铁齿轮的断齿、镶焊齿坯修理法等，通过对轮齿的修复处理达到可以使用的目的。
五、结语
齿轮的失效形式虽然多种多样，但在实际工作应具体分析齿轮失效的诱因，才能作出正确的选择，合理加强齿轮加工、使用和维修保养措施，从而有效避免齿轮失效现象的发生。
参考文献：
[1]李如华，韩梅，郎娟芳.《齿轮失效形式分析》[J].机电产品开发与创新，2011（2）.
[2]聂勇军，罗敬东.《齿轮失效模式形成分析》[J].琼州学院学报，2011（2）.