齒輪是常用機械傳動件，齒輪斷裂輕則必須停機維修，重則危及設備安全甚至造成重大事故。齒輪斷裂后簡單的更換并不能排除齒輪再次斷裂的風險，需要分 析齒輪致斷因素并加以改進。為了建立齒輪失效信息庫，尋求接近齒輪斷裂影響因素全集，我們收集了大量來自不同設備的 斷裂處輪信息，對其中部分樣本進行了分析。斷裂齒輪樣本出自軋鋼機、采煤機、牽引機車、鼓風機、船用發動機、起重機、飛機、工程機械、采油機械、礦井提升 機和大型拋物天線等多種設備中的圓柱直齒輪、斜齒輪、齒輪軸和錐齒輪等，設備和齒輪受載類型有一定代表性。

1齒輪斷裂致斷因素的分類及相關性分析

齒輪生命期按時序可分為設計、制造、使用和維護、失效報廢等幾個階段。為了避免早斷失效，需要確定齒輪生命期中那些因素影響齒輪斷裂。齒輪斷裂有的是單一因素所致，有的是一個或多個階段多因素組合致斷。

2齒輪生命期不同階段影響齒輪斷裂的因素

2.1設計階段影響齒輪斷裂的因素

對斷裂齒輪樣本的數據表明，設計階段對發生齒輪斷裂影響最大的因素分別是齒輪結構設計缺陷與齒根或齒頂過渡圓角過小、配合過盈量過大、材料選擇不當、安全系數小、齒輪模數、壓力角選擇不當、行波共振。

2.1.1齒輪結構與過渡圓角設計對齒輪斷裂的影響 在齒輪斷裂樣本中，齒輪結構與齒輪上過渡圓角設計對齒輪斷裂影響頻次超過設計階段影響頻次總數的1/3，相關性十分明顯。

齒 輪斷裂樣本中，疲勞斷裂超過50%.既為疲勞斷裂，一般存在裂紋源。齒輪的結構設計缺陷如截面形狀突變、厚薄不勻、鍵槽、油孔等設計不當容易產生裂紋，而 齒頂或齒根處的過小的過渡圓角，既容易在熱處理過程中產生裂紋，又容易在工作載荷作用下產生應力集中，致其裂紋擴展直至斷裂。齒輪斷裂實例證明齒根裂紋形 成對過小的過渡圓弧半徑具有較強敏感性。

2.1.2配合中的過盈量過大對齒輪斷裂的影響 齒輪裝配過盈量過大，就要求較大的熱裝膨脹量，因此需要更高的加熱溫度，而過高的加熱溫度可能與材料的熱處理溫度相沖突，還造成齒輪過度膨脹，裝配后在齒 根處留下較大的裝配拉應力。又因為加熱方式很難保證齒輪均勻加熱，導致齒輪受熱不均，又會惡化齒根處的裝配拉應力分布狀況。

齒輪設 計中，往往按常規計算齒輪齒面接觸強度和齒根彎曲強度，容易忽略多因素產生的應力對整個齒輪產生的疊加影響，如過盈裝配產生的切向拉應力、傳遞轉距時產生 的彎曲拉應力、次表層熱處理的殘余拉應力、磨削應力以及銷槽造成的應力集中諸應力綜合作用。某發動機正時齒輪雖滿足一般設計強度要求，卻因上述應力綜合作 用致齒輪軸向斷裂。

除了直接影響齒輪斷裂，也有間接因素影響齒輪斷裂，如某鼓風機葉輪與軸采用過盈配合，裝配時采用加熱葉輪、自然冷卻工藝，轉子在冷卻過程中產生了軸伸彎曲變形，運轉中引起齒輪載荷不均和沖擊致最終斷裂。