齿轮传动作为现代机械设备中应用最广泛的传动方式，它是通过两个齿轮的轮齿进行相互的啮合来传递运动以及动力的。我国作为世界上拥有铁路线最长的国家之一，铁路运输在国民经济发展中发挥着巨大的作用。铁路轨道车的发动机是依靠齿轮传动来进行动力传递的。火车发动机在正常工作过程中其轮齿往往会由于操作人员操作不当以及工作环境的影响发生失效，导致火车无法正常的运行。因此，了解轮齿失效的形式、原因是非常重要的，有利于对轮齿失效提出相应的措施，以保障齿轮工作过程中轮齿正常的运行。
1、常见的齿轮传动中轮齿失效的形式
1.1轮齿折断
轮齿折断现象在开式的齿轮传动和闭式的硬齿面齿轮传动中经常发生。依据折断原因的不同，轮齿折断可以分为疲劳折断和过载折断两种形式。轮齿的疲劳折断是指齿轮进行传递动力的时候，轮齿的底部受到弯曲应力的作用，这种弯曲应力是最大的，与此同时轮齿的受力部位还存在着应力的集中。齿轮传动载荷的的过程就是轮齿反复进行啮、合的过程，轮齿在啮合的过程中根部所承受的也是变化的，从零增加到一个最大值，然后又从最大值慢慢的变为零。轮齿经过周而复始的交变载荷的作用下就会产生疲劳裂纹，多次循环后就会使裂纹加大，进而会导致轮齿发生断裂；轮齿的过载折断是指轮齿在啮合的过程中，会出现短时间内超负载或者短时间内收到冲击载荷等现象，这些现象会导致轮齿发生折断。
1.2齿面胶合
齿轮传动的工作原理就是依靠轮齿的相互啮合来实现的，在一定的温度或者压力之下会出现两两相互啮合的轮齿的齿面粘合在一起的现象。一旦齿面粘合在一起，齿面表面的金属层就会随着齿面的相对运动而被撕扯下来形成沟痕，这是齿面胶合。
1.3齿面磨损
轮齿传动过程中，由于摩擦力的存在，轮齿表面材料就会被磨损掉一部分，这就是齿面磨损。当齿面磨损不会影响齿轮的正常工作以及其磨损的速度在预定的设计期限之内的时候，这样的齿面磨损是属于正常的。当轮齿在正常的磨损之后，轮齿的摩擦面是光滑且没有痕迹的。但是一旦齿面之间掉入铁屑、沙子等物质时，就会加快齿面的磨损速度，这种磨损被称为磨粒磨损。一般情况下，正常磨损不会使齿轮传动中轮齿失效，只有发生磨粒磨损时，才会导致其失效。
1.4齿面点蚀
齿轮在对动力进行传递的过程中，两个工作的齿面在理论上是以线的方式进行接触的，但是由于轮齿的齿面在接触过程中会发生弹性形变，因此在实际的工作过程中，线接触就会变成很小的面接触。由于轮齿间的面接触很小，就会使得接触面上的接触应力很大。与此同时，接触应力由零慢慢的变到最大，再由最大慢慢的变为零。轮齿的表面在交变应力的重复作用下就会产生不规则的疲劳裂痕。一旦齿轮中的润滑油进入到裂痕之中，轮齿的接触挤压以及摩擦就会使进入到裂痕中的油压急剧的上升，导致裂痕进一步的变大，最终导致轮齿表面的金属块脱落出现凹坑，这就是齿面点蚀。
1.5齿面塑性变形
齿轮传动的过程中，如果轮齿的表面受到的应力超过材料的屈服极限，就会使齿面发生永久性的塑性变形。当选用比较软、硬度低的材料来制造齿轮的时候，在轮齿进行工作时就会破坏齿面的油膜，这样就会使得摩擦力进一步的增大，摩擦力的方向与塑形流动的方向是保持一致的，导致在摩擦力的方向上轮齿表面的金属材料产生塑性变形。一般情况下，当齿面材料较软以及频繁启动时往往会发生塑性变形。
2、齿轮传动中轮齿失效的原因
2.1不合理的选择材料
人们普遍认为当材料在低于强度状态下工作时就很难产生塑性变形，断裂更不会发生。但是大量数据表明，有的材料在低于强度状态下工作时也会发生断裂。因此，在材料的选择上，一定要选择合理。
2.2热处理时间短导致齿轮硬度不足
在对齿轮进行热处理时，如果处理的时间不够，就会使得齿轮芯部和齿面的硬度不够。当齿轮需要承受很大的接触应力时，由于齿轮的硬度不够导致齿轮失效。
2.3润滑油选择不当
在齿轮中加入润滑油的主要目的是减少齿轮间的摩擦以及磨损、降低齿面的工作度。齿轮在进行传动时，齿轮间的啮合时间是非常短暂的，并且还会产生比较大的接触应力。如果选择的润滑油的粘度不合适，就很难形成液体膜，进而就不会减少摩擦。
3、预防齿轮传动中轮齿失效的对策
3.1合理选材
在齿轮材料的选择过程中，要充分的考虑材料的韧性、强度、实用性以及工艺的性能等。在火车发动机中，由低碳合金渗碳钢制造而成齿轮使用的最为普遍。当齿轮要求有很高的精度时，在经济条件允许的范围内，应该采用真空式的精炼钢。这种材料与其它的合金材料相比，不仅韧性、强度、塑形好，而且精密度也很好，能够在很大程度上减少在机械传动过程中产生的各项异性。
3.2热处理工艺的优化
评价齿轮承受能力好坏是依据齿轮表面的硬度以及齿轮芯部强度。因此提高齿轮芯部强度对提高齿轮的承受能力是至关重要的。深层渗碳淬火是提高齿轮芯部强度的最好方法。经过回火和淬火的渗碳之后，无论是齿轮的芯部还是齿面其硬度都得到了显著的提高。
3.3安装过程中提高安装的精度
在齿轮的安装过程中，安装人员要严格的按照安装标准进行，保证齿轮轴心线的中心距、平行度、水平度及间隙的大小都按照无误。提高安装精度能避免轮齿折断现象的发生。
3.4齿面强化处理
对于热处理之后的齿轮，为了进一步的提高它的接触疲劳强度，我们应该再进行最后一道处理工序，就是对齿轮的齿根以及齿面做喷丸强化的处理。经过这个工序的处理能够极大的防止齿面的胶合、塑形变形等，而且对于齿根来说能在很大程度上防止发生齿轮断裂现象。
3.5润滑条件的改善
首先，在条件允许的范围之内，尽可能的采取封闭式的传动；其次就是要根据实际的情况选择合适的润滑油。如果齿轮在粉尘较多的环境中工作时，磨粒磨损就会很容易的发生，因此我们应该在润滑油中加入一些减磨添加剂；如果齿轮的齿面比较软，齿面点蚀就会很容易发生，因此应该选择粘度比较大的润滑油。
4、结束语
在齿轮的传动过程中造成轮齿失效的原因有好多种，而且轮齿失效的形式也是多种多样的。对于原材料的选择、制造工艺过程以及后的工作环境等，每一步都有可能会导致轮齿失效。齿轮传动在铁路轨道车的发动机中的广泛应用，使得我们必须重视轮齿失效所带来的后果，尽可能的避免齿轮传动中轮齿失效。 


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