齿轮发生随机断裂的原因和预防措施

朱孝录

北京科技大学 北京 100083

1 序言

轮齿折断（断裂）是一种危险性很大的最终失效形式。在GB/T 348l—1997《齿轮轮齿磨损和损伤术语》（ISO 10825：1995）中，将轮齿的断裂（折断）细分为以下几种：过载折断、疲劳折断、剪断和抹断。标准中没有包含轮齿经常出现的随机断裂。

轮齿的随机断裂是指不与齿根圆角截面有关的轮齿断裂。断裂部位随轮齿缺陷、损伤或过高的有害残余应力的位置而定，如图1所示。从图1可以看出，正常的弯曲疲劳断裂的断裂线都起源于30°切线点附近；而如果轮齿腰部出现严重损伤，例如深层剥落，就会产生很大的应力集中而引发随机断裂。齿顶的随机断裂多数是由于热处理缺陷和齿轮偏载造成的。

在1980年的AGMA 110.4标准中，首先提出了随机断裂（Random fracture）这一词条。我国GB 3481—1983中也收录了这一词条。1979年的DIN 3979中只定义了轮齿的过载折断和疲劳折断，而没有随机断裂词条。在我国等同采用ISO标准的GB/T 3481—1997《齿轮轮齿磨损和损伤》术语中，也没有随机断裂这一词条。由此可见，随机断裂这一重要的失效现象并没有引起人们广泛的注意。

随机断裂在减速机的齿轮中经常出现，特别是硬齿面齿轮更是如此，笔者曾经多次呼吁恢复随机断裂这一词条，见文献[1-3]。

图1 轮齿的正常疲劳断裂和随机断裂

2 轮齿发生随机断裂的原因

齿轮轮齿发生随机断裂的原因很多，主要有：

1）随机断裂通常是由于轮齿缺陷、点蚀、剥落或其他应力集中源在该处形成过高局部应力集中引起的。

2）夹杂物、细微磨削裂纹等轮齿缺陷在交变应力作用下，裂纹不断扩展导致轮齿随机断裂。……