齿轮是传动系统里最典型的易损件，断齿、点蚀、胶合、磨损这四种失效，搞设计、运维、检修的人几乎年年都在碰。
可真拆开齿轮箱对着坏齿，不少人仍分不清它们长什么样、根因在哪。
今天，机械知网把这四种失效的机理、形貌和对策一次讲透。
01、失效全景与分类
1）按GB/T3481与ISO10825的术语体系，轮齿损伤大体归为齿根折断、齿面接触疲劳（点蚀、剥落）、齿面胶合、齿面磨损几大类。GB/T3480与ISO6336把承载能力对应成两条计算主线：一条管齿面接触强度（对点蚀），一条管齿根弯曲强度（对断齿）。
2）失效形式跟传动形式直接挂钩：闭式软齿面传动主要怕点蚀，闭式硬齿面传动主要怕断齿，开式传动主要怕磨损。这个分工决定了你设计时先算哪条强度、后校核哪条。
3）排查的第一步不是换件，是认形貌：裂纹从齿根还是齿面起、麻坑落在齿面哪里、划痕顺着哪个方向走，位置和纹路一对号，方向基本就定了。
02、断齿与齿根弯曲疲劳
1）弯曲疲劳断齿：轮齿相当于一个悬臂梁，啮合时齿根受交变弯曲应力，过渡圆角处又叠加应力集中。当应力超过材料弯曲疲劳极限，裂纹从齿根受拉侧起裂，缓慢扩展后突然断开。断口分两区：光滑的疲劳扩展区可见"贝壳纹"，粗糙的瞬断区是最后一瞬间撕裂留下的。
2）过载折断：突然冲击，或齿面严重磨损后齿厚磨薄，一次载荷就把齿压断，断口粗糙、没有明显疲劳扩展区。热处理缺陷如整齿淬透、脱碳、磨削烧伤，会让韧性下降，把疲劳断齿变成脆性瞬断。
3）对策：增大齿根过渡圆角，一般圆角半径r≥0.3m（m为模数），采用全圆角齿根可把齿根应力再降30%以上；齿根喷丸强化、消除刀痕与磨削烧伤；表面硬化的同时保证芯部韧性；按GB/T3480.3校核齿根弯曲疲劳强度。
03、点蚀与接触疲劳
1）机理：齿面承受的是脉动循环接触应力。按赫兹接触理论，最大切应力约为最大接触应力的0.3倍，并不在表面，而是潜伏在表面下约0.48倍接触半宽处。裂纹在次表面萌生后向表面扩展，润滑油挤进裂纹起油楔作用加速扩张，表层金属成片剥落成麻点。
2）形貌与部位：点蚀是深约0.1～0.2mm的贝壳形小坑，最先出现在节线附近的齿根面——那里常为单对齿啮合区、接触应力最大，又因相对滑动速度低、油膜薄。比点蚀更大更浅的片状剥离叫剥落，浅层剥落深0.2～0.4mm，硬化层剥落深度约等于硬化层深度。
3）初期点蚀与扩展性点蚀：新齿轮跑合期，齿面局部高点超载产生的浅坑，随接触趋于均匀会自行收敛，叫收敛性（初期）点蚀；若接触应力始终压过材料接触疲劳极限，麻点数量和面积不断增大、连片扩展，就是破坏性（扩展性）点蚀，振动噪声随之急增。
4）对策：提高齿面硬度以抬高接触疲劳极限；提高润滑油粘度、改善油膜厚度；降低齿面粗糙度、做齿廓修形；设计上保持接触应力低于材料接触疲劳极限。
04、胶合与润滑失效
1）热胶合：高速重载下啮合点局部闪温过高，润滑油膜破裂，两齿面金属直接熔焊粘着，相对滑动时被撕出一条沿滑动方向的胶合线（沟痕），齿面常伴随回火色。按GB/Z6413闪温法的算例，胶合临界时接触温度可达约500℃，摩擦系数从0.25跳到0.5。
2）冷胶合：低速重载时温升虽不大，但局部高压把表面膜刺破、金属粘着，沟纹较清晰，多在齿面局部发生。
3）程度分级：从结霜、轻微胶合、中等胶合到破坏性胶合，撕伤由浅入深；破坏性胶合齿面金属大量撕脱、节线暴露、齿廓报废。
4）对策：换带极压（EP）添加剂的重负荷齿轮油（如GB5903的L-CKD）；加强供油与冷却、降低齿轮本体温度；适当降载降速；珩齿或磨齿降低表面粗糙度；消除偏载与鼓形量过大造成的局部载荷集中。
05、磨损与磨粒
1）磨粒磨损：硬颗粒（粉尘、金属屑、油中杂质）进入啮合区，像微型切削刀一样沿滑动方向划出均匀条痕。开式传动、密封不良、新齿轮跑合后未及时换油时最常见。
2）粘着磨损与腐蚀磨损：两表面微凸体粘着、相对滑动时材料被剪切转移，即粘着磨损；润滑油中混入酸、水，或极压添加剂过度侵蚀齿面，形成均匀腐蚀麻坑，叫腐蚀磨损。
3）阶段：正常磨损分跑合、稳定、剧烈三段，跑合磨损有益；一旦进入过度磨损，齿厚变薄、渐开线齿形失真，最终反过来诱发断齿。
4）对策：可靠密封加过滤保证润滑油清洁，重要传动一律采用闭式；提高齿面硬度；按工况选粘度——常温中高转速选VG220，低速重载或高温环境选VG320。
06、排查思路与对策
1）看断口：有贝壳纹、疲劳源在齿根受拉侧、瞬断区面积小，是弯曲疲劳断齿；全断面粗糙、一次脆断，是过载或热处理缺陷。
2）看齿面：节线附近贝壳形浅坑是点蚀；沿滑动方向带回火色的沟痕是胶合；均匀细密划痕、齿厚明显减薄是磨粒磨损。
3）对应改什么：点蚀改齿面硬度与润滑油粘度，胶合改极压油与冷却，磨损改密封与油清洁度，断齿改齿根圆角、材料韧性并补做弯曲强度校核。
4）材料配合上，软齿面（≤350HBS）按接触强度设计、校弯曲；硬齿面（>350HBS）按弯曲强度设计、校接触。渗碳淬火齿面做到58～64HRC、芯部保留韧性，是兼顾抗点蚀与抗断齿的常用组合。
齿轮失效没有孤立的故障，断齿、点蚀、胶合、磨损本质都是应力、润滑与材料三者失衡的结果，先认形貌再改参数，比盲目换件管用得多。
热门跟贴