4 輪齒折斷Breakage
輪齒折斷是指齒輪一個或多個齒的整體或其局部的斷裂。它通常是由于輪齒的交變應(yīng)力超過了材料的疲勞極限所造成。有時，也可能由短時過載所造成。
4.1 疲勞折斷Fatigue Breakage
疲勞折斷是指起源于齒根處的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展所造成的斷齒。這種疲勞裂紋常發(fā)生在齒根圓角半徑方向，呈細(xì)線狀。疲勞折斷的斷口一般分為疲勞擴(kuò)展區(qū)和瞬時折斷區(qū)。疲勞擴(kuò)展區(qū)的表面通常較光滑，常可觀察到由疲勞源開始的“貝殼紋”狀的疲勞擴(kuò)展跡線。疲勞源及其附近區(qū)域，在外觀上常呈“眼”狀，但有的“眼”在宏觀上不明顯。瞬時折斷區(qū)的表面粗糙，參差不齊。
疲勞斷齒的根本原因是：輪齒在過高的交變應(yīng)力多次作用下，從齒根疲勞源起始的疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，使輪齒剩余截面上的應(yīng)力超過其極限應(yīng)力．傳動系統(tǒng)中的動載荷輪齒接觸不良、齒根圓角半徑過小和齒根表面粗糙度過高、滾切時的拉傷、材料中的夾雜物、熱處理產(chǎn)生的微裂紋磨削燒傷及其他有害殘余應(yīng)力等因素，都會促成輪齒疲勞折斷。
圖28 疲勞裂紋
齒根圓角部分呈現(xiàn)疲勞裂紋。
圖29 疲勞折斷
破碎機(jī)小錐齒輪m= 30mm ，材料40Cr 調(diào)質(zhì)硬度HB233 ，輪齒斷口呈現(xiàn)明顯的貝紋狀疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和表面粗糙不平的瞬時折斷區(qū)。
圖30 疲勞折斷
軋機(jī)齒輪m＝16mm，材料35SiMn2MoV，中頻淬火HRC>45，輪齒斷口可見明顯的疲勞源和疲勞裂紋擴(kuò)展的跡線。
4.2 過載折斷Overload Breakage
過載折斷通常是由于短時意外的嚴(yán)重過載所造成的，其斷口一般較粗糙，沒有疲勞折斷斷口的典型特征。
圖31 過載折斷
起重機(jī)齒輪m＝8mm,45號鋼調(diào)質(zhì)，由于突然過載造成多個輪齒從根部彎斷。
過載折斷主要是由于輪齒的應(yīng)力超過其極限應(yīng)力所造成的。載荷的嚴(yán)重集中、動載荷過大、軸承損壞、傳動件失效以及有較大硬質(zhì)異物進(jìn)入嚙合處等，均能引起過載折斷。
4.3 隨機(jī)斷裂Random Fracture
隨機(jī)斷裂是指不與齒根圓角截面有關(guān)的疲勞斷齒，它可以由缺陷或過高的有害殘余應(yīng)力位置而發(fā)。其斷口與一般疲勞折斷的斷口相似。
隨機(jī)斷裂通常是由于輪齒缺陷、點(diǎn)蝕或其他應(yīng)力集中源在該處形成過高局部應(yīng)力集中引起的。夾雜物、微細(xì)磨削裂紋等輪齒的缺陷在交變應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)展導(dǎo)致齒的斷裂。不適當(dāng)?shù)臒嵬饫硭纬傻倪^高有害殘余應(yīng)力能引起齒的局部斷裂。較大的異物進(jìn)入嚙合處也會使局部輪齒產(chǎn)生低周疲勞折斷。
圖32 隨機(jī)斷裂
貝氏體球墨鑄鐵齒輪，m＝5mm，硬度HRC43，由于齒面缺陷造成隨機(jī)斷裂。
圖33 隨機(jī)斷裂
采煤機(jī)雙聯(lián)齒輪m=10mm，材料30CrMnTi滲碳淬火HRC58～62，由于熱處理缺陷造成過渡層裂紋導(dǎo)致隨機(jī)斷裂。
圖34 隨機(jī)斷裂
本圖是圖33 輪齒損傷的斷面圖。
