节圆起棱失效与逻辑判断障碍：幸存者偏差

woodee

圆柱直齿轮和小螺旋角斜齿轮传动，节圆附近常常出状况，比较严重的失效就是节圆起棱（对应面节圆凹坑）。  
为分析其失效机理，我做了15:31齿（变位系数均为0）的传动啮合动画，以利直观感受。  

小轮带动大轮：  
   

大轮带动小轮：  
   

经观察，两齿面相对滑移的 刮擦 作用段：  

• 小轮主动时，小轮下部齿面刮擦大轮上部齿面，向节圆附近移动；
• 大轮主动时，大轮下部齿面刮擦小轮上部齿面，向节圆附近移动。
  

齿面之所以会磨损，一是有相对滑移，二是齿面间有碎屑起磨料效应。
按道理说，节圆附近，相对滑移小，接近纯滚动，于是摩擦一定不大，但为何会在节圆附近最先出现麻点、麻坑甚至起棱和凹陷呢？  

下面我会试图从几个造成机理方面进行分析，也希望大家各抒高见。

michaelyang

据说是摩擦力方向变了。。。

zengxiaodong

我们试验台上用的就是15/31齿，8模数的直齿轮，变位系数均为0，开式齿轮，手动加脂。
小齿轮渗碳淬火，硬度HRC55
大齿轮高频淬火，硬度HRC45

连续运行时齿面温度在60~90℃之间，感觉温度很高。

由于是两台对拖加载进行耐久测试，所以功率流是15-31-31-15这样的传递路线，工作齿面不变（也就是扭矩方向不变），连续运转，但是每24小时变换运转方向。

从传动结构可见，任何时候都有2对15/31齿轮在运转，而且一对增速一对减速！

woodee

节圆起棱失效机理一：
节圆附近多有单齿传动的情况，从而不但受力大（可能构成接触强度问题），且由两齿传动变单齿传动时的冲击，所以节圆附近更容易损坏。

这一分析明显有一定道理，但不能解释为何会 起棱 。

更何况，这种分析没有考虑，当大轮齿顶段与小轮接近基圆段啮合时，由于小轮接近基圆时，其曲率半径疾速减小，接触强度疾速降低，此处减低程度有可能远超过节圆附近单齿传动的接触应力的增加程度。  

woodee

michaelyang 发表于 2021-11-9 09:30
据说是摩擦力方向变了。。。

方向变化之说，似乎只是停留于阐明相对速度变化之说的层面。

woodee

zengxiaodong 发表于 2021-11-9 09:33
我们试验台上用的就是15/31齿，8模数的直齿轮，变位系数均为0，开式齿轮，手动加脂。

由于是两台对拖加 ...

就是看到你的实验，我才决定下功夫深究一番。  
不当之处请斧正。

zengxiaodong

woodee 发表于 2021-11-9 15:06
就是看到你的实验，我才决定下功夫深究一番。  
不当之处请斧正。

谢谢！我一看你说的齿数比就知道了，因为世界上目前只有我们有此测试装置。

目前，试验仍在24小时进行之中......

zengxiaodong

woodee 发表于 2021-11-9 15:03
节圆起棱失效机理一：
节圆附近多有单齿传动的情况，从而不但受力大（可能构成接触强度问题），且由两齿传 ...

基圆附近啮合时，总是处于双齿对啮合状态，因此很难导致小齿轮齿根处磨损，虽然基圆附近的比滑也高达10以上！

woodee

节圆起棱失效机理二：
节圆处摩擦力变化说。就是指，传动接触两齿面，以节点为界，主动轮齿面切向受摩擦力为拉伸，从动轮齿面切向受摩擦力为压缩。  

此说定性分析有一定道理。但不能说明摩擦力引起的齿面受拉伸应力和压缩应力，是否能达到使一个齿面足以 起棱 的程度。  

zengxiaodong

这是另外一个状态的啮合状态，也就是大齿轮齿根与小齿轮齿顶接触状态。