目前国家标准G B/T 3481—1997《齿轮轮齿磨损和损伤术语》中没有包含齿轮随机断裂这一词条,但在齿轮使用中经常出现轮齿随机断裂现象。描述了轮齿随机断裂的形貌;论述了产生随机断裂的原因;给出了随机断裂的分类和多个实例;并提出了预防轮齿随机断裂的具体措施。建议在修订国家标准时增加齿轮随机断裂词条。
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。
1 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。
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。 3)不当热处理造成的过高残余应力也能引起轮齿的局部断裂。 4)载荷过大,或轮齿修形不到位,引起啮入冲击载荷过大,都会造成随机断裂。 5)轮齿偏载造成的齿面损伤会引起轮齿腰部或轮齿根部的随机断裂。 6)较大的异物进入啮合处也会使局部轮齿断裂。