齒輪是常用機(jī)械傳動件，齒輪斷裂輕則必須停機(jī)維修，重則危及設(shè)備安全甚至造成重大事故。齒輪斷裂后簡單的更換并不能排除齒輪再次斷裂的風(fēng)險，需要分 析齒輪致斷因素并加以改進(jìn)。為了建立齒輪失效信息庫，尋求接近齒輪斷裂影響因素全集，我們收集了大量來自不同設(shè)備的 斷裂處輪信息，對其中部分樣本進(jìn)行了分析。斷裂齒輪樣本出自軋鋼機(jī)、采煤機(jī)、牽引機(jī)車、鼓風(fēng)機(jī)、船用發(fā)動機(jī)、起重機(jī)、飛機(jī)、工程機(jī)械、采油機(jī)械、礦井提升 機(jī)和大型拋物天線等多種設(shè)備中的圓柱直齒輪、斜齒輪、齒輪軸和錐齒輪等，設(shè)備和齒輪受載類型有一定代表性。

1齒輪斷裂致斷因素的分類及相關(guān)性分析

齒輪生命期按時序可分為設(shè)計、制造、使用和維護(hù)、失效報廢等幾個階段。為了避免早斷失效，需要確定齒輪生命期中那些因素影響齒輪斷裂。齒輪斷裂有的是單一因素所致，有的是一個或多個階段多因素組合致斷。

2齒輪生命期不同階段影響齒輪斷裂的因素

2.1設(shè)計階段影響齒輪斷裂的因素

對斷裂齒輪樣本的數(shù)據(jù)表明，設(shè)計階段對發(fā)生齒輪斷裂影響最大的因素分別是齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷與齒根或齒頂過渡圓角過小、配合過盈量過大、材料選擇不當(dāng)、安全系數(shù)小、齒輪模數(shù)、壓力角選擇不當(dāng)、行波共振。

2.1.1齒輪結(jié)構(gòu)與過渡圓角設(shè)計對齒輪斷裂的影響 在齒輪斷裂樣本中，齒輪結(jié)構(gòu)與齒輪上過渡圓角設(shè)計對齒輪斷裂影響頻次超過設(shè)計階段影響頻次總數(shù)的1/3，相關(guān)性十分明顯。

齒 輪斷裂樣本中，疲勞斷裂超過50%.既為疲勞斷裂，一般存在裂紋源。齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷如截面形狀突變、厚薄不勻、鍵槽、油孔等設(shè)計不當(dāng)容易產(chǎn)生裂紋，而 齒頂或齒根處的過小的過渡圓角，既容易在熱處理過程中產(chǎn)生裂紋，又容易在工作載荷作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，致其裂紋擴(kuò)展直至斷裂。齒輪斷裂實例證明齒根裂紋形 成對過小的過渡圓弧半徑具有較強敏感性。

2.1.2配合中的過盈量過大對齒輪斷裂的影響 齒輪裝配過盈量過大，就要求較大的熱裝膨脹量，因此需要更高的加熱溫度，而過高的加熱溫度可能與材料的熱處理溫度相沖突，還造成齒輪過度膨脹，裝配后在齒 根處留下較大的裝配拉應(yīng)力。又因為加熱方式很難保證齒輪均勻加熱，導(dǎo)致齒輪受熱不均，又會惡化齒根處的裝配拉應(yīng)力分布狀況。

齒輪設(shè) 計中，往往按常規(guī)計算齒輪齒面接觸強度和齒根彎曲強度，容易忽略多因素產(chǎn)生的應(yīng)力對整個齒輪產(chǎn)生的疊加影響，如過盈裝配產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力、傳遞轉(zhuǎn)距時產(chǎn)生 的彎曲拉應(yīng)力、次表層熱處理的殘余拉應(yīng)力、磨削應(yīng)力以及銷槽造成的應(yīng)力集中諸應(yīng)力綜合作用。某發(fā)動機(jī)正時齒輪雖滿足一般設(shè)計強度要求，卻因上述應(yīng)力綜合作 用致齒輪軸向斷裂。

除了直接影響齒輪斷裂，也有間接因素影響齒輪斷裂，如某鼓風(fēng)機(jī)葉輪與軸采用過盈配合，裝配時采用加熱葉輪、自然冷卻工藝，轉(zhuǎn)子在冷卻過程中產(chǎn)生了軸伸彎曲變形，運轉(zhuǎn)中引起齒輪載荷不均和沖擊致最終斷裂。