易错十七 齿轮失效形式与材料选用错误《机械基础》河北省（对口升学）机械类 易错题精讲

河北省（对口升学）《机械基础》 易错题精讲 易错点十七 1. 核心易错点说明： 对应考纲考点：掌握齿轮五种主要失效形式：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、塑性变形；分清每种失效的发生工况、发生部位、机理特征；牢记 “开式→磨损、闭式软齿面→点蚀、闭式硬齿面→轮齿折断” 的对应规律；能根据工况合理选择齿轮材料与热处理方式；区分软齿面、硬齿面概念。 易错原因：齿轮失效形式和工作工况强相关，学生缺少 “工况→主要失效形式→选材热处理” 完整逻辑链条，容易混淆不同失效对应的传动类型。记混：开式→磨损、闭式软齿面→点蚀、闭式硬齿面→轮齿折断这一组对应关系；分不清软齿面、硬齿面齿轮适用场合，热处理方式张冠李戴，分不清调质、正火、表面淬火、渗碳淬火分别用于哪一类齿轮。 2. 避错总攻略： （1）✅ 齿轮失效速记规律 开式齿轮传动：防护差，灰尘杂质易进入啮合面，主要失效：齿面磨损，一般不会发生点蚀（磨损会把点蚀坑磨掉）。 闭式软齿面齿轮传动（齿面硬度≤350HBS）：封闭箱体润滑良好，主要失效：齿面点蚀。 闭式硬齿面齿轮传动（齿面硬度＞350HBS）：齿面抗点蚀能力强，轮齿弯曲强度成为薄弱环节，主要失效：轮齿折断。 五种失效形式要点梳理 轮齿折断 发生部位：齿根部位。 机理：齿根受交变弯曲应力，产生疲劳裂纹，裂纹不断扩展造成轮齿断裂；硬齿面闭式齿轮最典型。分疲劳折断（交变载荷）、过载折断（瞬时冲击过载）。 齿面点蚀 发生部位：轮齿节线附近靠近齿根的齿面上。 机理：闭式软齿面，齿面受交变接触应力，表层产生细小疲劳剥落凹坑；只发生在闭式传动，开式传动不会出现点蚀（磨损会磨去点蚀坑）。 齿面胶合 发生部位：整个啮合齿面。 机理：高速重载工况，啮合区温度急剧升高，润滑油膜破裂，两齿面金属直接接触发生粘连，相对滑动时金属被撕落；多出现在高速重载齿轮传动。 齿面磨损 发生部位：全部齿面。 机理：开式传动，灰尘、砂粒杂质进入啮合副，磨料刮削齿面，齿厚不断变薄；开式齿轮的主要失效形式。 塑性变形 发生部位：齿面。 机理：严重过载，齿面材料发生塑性流动，齿面出现沟槽、齿顶飞边；低速重载、冲击过载工况容易出现。 ✅ 材料选用逻辑 闭式软齿面（防止点蚀）：选用 45 钢等调质钢，调质处理，齿面硬度≤350HBS；适合载荷平稳、转速不高。 闭式硬齿面（防止轮齿折断）：选用 45 钢、40Cr，调质后表面淬火；或者 20Cr，渗碳淬火，齿面硬度＞350HBS；承受较大冲击、重载。 开式齿轮：优先提高耐磨性，选用耐磨性较好钢材，设计时加大模数补偿磨损量。 ①齿轮失效核心对比表格 对比项目 主要发生工况 发生部位 失效机理 典型特征 轮齿折断 闭式硬齿面齿轮传动 齿根 交变弯曲应力产生疲劳裂纹，裂纹扩展断裂 轮齿整体断裂 齿面点蚀 闭式软齿面齿轮传动 节线附近齿面 交变接触应力，表层金属疲劳剥落 齿面出现麻点凹坑 齿面胶合 高速重载齿轮传动 啮合全部齿面 高温油膜破坏，金属粘连撕扯 齿面出现撕伤沟纹 齿面磨损 开式齿轮传动 全部齿面 外界磨粒进入啮合，刮削齿面 齿面变薄，齿形被破坏 塑性变形 低速、严重过载冲击传动 齿面 过大载荷使齿面金属塑性流动 齿面压坑、齿顶飞边 ②选型避错要点 齿轮材料与热处理选用规则： 软齿面齿轮（硬度≤350HBS）：材料 45 钢、40Cr；热处理调质 / 正火；用于闭式软齿面传动，主要防止点蚀；大小齿轮配对，小齿轮齿面硬度要略高于大齿轮。 硬齿面齿轮（硬度＞350HBS）： ①中碳钢 45、40Cr：表面淬火； ②低碳钢 20Cr、20CrMnTi：渗碳淬火； 硬齿面主要失效是轮齿折断，适合承受较大载荷。 开式齿轮：可铸铁或者碳钢，不需要做成硬齿面，主要失效磨损。 铸铁齿轮：灰铸铁，抗点蚀差，抗胶合好，冲击差，用于低速轻载。 → 易错示例分析题 例 1 闭式硬齿面齿轮传动，最主要失效形式是（ ） A. 齿面点蚀  B. 轮齿折断 C. 齿面磨损  D. 齿面胶合 【错解】A 【错因】混淆软齿面、硬齿面的主要失效形式，闭式软齿面主要失效为点蚀；硬齿面齿面硬度高不易点蚀，齿根弯曲疲劳容易造成轮齿折断。 【正解】B 【解析】硬齿面齿轮齿面抗点蚀能力强，薄弱位置是齿根弯曲强度，主要失效是轮齿折断。 例 2 开式齿轮传动最主要失效形式（ ） A. 齿面点蚀  B. 轮齿折断 C. 齿面磨损  D. 塑性变形 【错解】A 【错因】直接记闭式传动的点蚀，忽略开式有灰尘杂质，磨损会磨掉点蚀凹坑，不会发生明显点蚀。 【正解】C 【解析】开式传动防护差，杂质进入啮合，齿面磨损为主要失效形式。 例 3 判断：闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式为轮齿折断。（   ） 【错解】√ 【错因】软、硬齿面对应失效记混。 【正解】× 【解析】闭式软齿面，齿面接触强度弱，主要失效是齿面点蚀；硬齿面才以轮齿折断为主要失效。 例 4 高速重载齿轮传动，润滑不良时最容易出现的失效形式是（ ） A. 胶合  B. 点蚀 C. 磨损  D. 轮齿折断 【错解】B 【错因】看到闭式就直接选点蚀，没有结合高速重载的工况条件。 【正解】A 【解析】高速重载啮合温度高，油膜破裂，容易发生齿面胶合。 例 5 判断：点蚀既可以发生在开式齿轮，也可以发生在闭式齿轮。（   ） 【错解】√ 【错因】没有理解开式磨损会把刚产生的点蚀坑磨掉，开式看不到点蚀失效。 【正解】× 【解析】点蚀只发生在闭式齿轮传动；开式传动磨粒磨损会消除点蚀坑，不会出现点蚀失效。 例 6 选择：45 钢齿轮，调质处理，该齿轮属于（ ） A. 硬齿面齿轮 B. 软齿面齿轮 B. C. 铸铁齿轮 D. 渗碳齿轮 【错解】A 【错因】混淆热处理效果，调质得到软齿面；表面淬火、渗碳淬火才得到硬齿面。 【正解】B 【解析】45 钢经过调质（淬火 + 高温回火）处理后，齿面硬度一般≤350HBS，硬度较低，属于软齿面齿轮；硬齿面齿轮硬度＞350HBS，一般采用表面淬火、渗碳淬火、氮化等热处理方式获得；3、45 钢是优质碳素结构钢，不是铸铁，排除 C；调质和渗碳是两种完全不同的热处理工艺，排除 D。 → 考点巩固训练题 1.齿轮传动，工况为低速、严重过载冲击，该齿轮主要失效（ ） A. 点蚀  B. 塑性变形 C. 胶合  D. 磨损 【答案】B 【解析】低速严重过载冲击，齿面金属发生塑性流动，发生塑性变形。 2.下面说法正确的是（ ） A. 闭式硬齿面主要失效是点蚀 B. 开式齿轮主要失效是磨损 C. 高速重载主要失效是点蚀 D. 闭式软齿面主要失效是轮齿折断 【答案】B 【解析】开式齿轮防护差，杂质进入啮合，齿面磨损是主要失效。 3.填空题：闭式软齿面齿轮传动主要失效形式________；闭式硬齿面齿轮传动主要失效形式________；开式齿轮传动主要失效形式________。 【答案】齿面点蚀；轮齿折断；齿面磨损 4.填空题：齿面点蚀发生在________齿轮传动，发生位置大多在轮齿________附近齿面。 【答案】闭式软齿面；节线 6.选择：为防止闭式软齿面齿轮发生点蚀失效，齿轮一般选用的热处理方式（ ） A. 调质处理  B. 表面淬火 C. 渗碳淬火  D. 正火 【答案】A 【解析】闭式软齿面采用调质处理，获得适中硬度，重点保证接触疲劳强度抵抗点蚀。 7.下列材料热处理组合，适合闭式硬齿面齿轮的是（ ） A.45 钢调质 B.20CrMnTi 渗碳淬火 C.HT200 灰铸铁正火 D.45 钢正火 【答案】B 【解析】渗碳淬火获得高硬度硬齿面，适合硬齿面齿轮；调质、正火属于软齿面。 → 易错题通关（真题） （河北省对口升学真题） 1.判断正误：硬齿面闭式齿轮传动，主要失效形式是齿面点蚀。（   ） 【答案】× 【解析】硬齿面齿面硬度高，抗点蚀能力强，主要失效形式是轮齿折断。 2.判断正误：开式齿轮传动不会产生齿面点蚀。（   ） 【答案】√ 【解析】开式传动发生齿面磨损，点蚀坑刚出现就被磨掉，观察不到点蚀失效。 3.判断正误：齿面胶合一般出现在高速重载齿轮传动。（   ） 【答案】√ 【解析】高速重载啮合发热大，润滑油膜破坏，金属直接粘连撕扯产生胶合。 4.判断正误：低速过载的齿轮容易发生塑性变形。（   ） 【答案】√ 【解析】过大载荷超过材料屈服极限，齿面金属发生塑性流动，造成塑性变形。 5.简答题： ①分别简述开式齿轮、闭式软齿面、闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式。 ②有一闭式齿轮传动，载荷大，要求齿面和齿根都要有很高强度，请说明选什么材料，采用什么热处理，属于软齿面还是硬齿面？ 【参考答案】 ①开式齿轮传动主要失效形式：齿面磨损； 闭式软齿面齿轮传动主要失效形式：齿面点蚀； 闭式硬齿面齿轮传动主要失效形式：轮齿折断。 ②可以选用 20CrMnTi 这类低碳合金钢；采用渗碳+表面淬火+低温回火处理；属于硬齿面齿轮。该热处理齿面硬度高抗接触破坏，齿根强度高抵抗轮齿折断，适合重载闭式硬齿面传动。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $