齿面单坑缺陷下齿轮磨损演变与映射机制研究

齿面凹坑是常见的齿轮缺陷之一，在轮船、矿业机械、风电齿轮等大型重载齿轮传动机构中，齿轮更换拆卸极为不便，为避免齿轮发生严重失效造成的重大损失，需要准确判断齿轮的磨损特征和预测故障出现的时间和位置，探究齿面坑状缺陷对齿轮磨损进程的影响尤为必要。以齿面单坑缺陷齿轮的啮合历程为研究对象，采用控制变量的方法进行齿轮磨损特征对比。通过搭建的力系闭式齿轮试验台进行重载试验，利用铁谱分析技术和油样分析技术对磨损粒子作定量、定性分析，结合有限元分析和和齿面磨痕扫描电镜图片探究单坑缺陷下斜齿轮磨损演变与齿轮啮合状态的映射机制。研究结果表明：凹坑打在承载区，斜齿轮沿接触线方向的应力分布不均匀，凹坑周边区域存在应力集中现象；坑状缺陷改变了齿轮的啮合状态，缺陷轮齿齿根应力值明显大于正常轮齿，使得坑状缺陷的轮齿齿面抗磨损能力提高，但轮齿刚度降低，尤其进入剧烈磨损的后期，磨粒数量快速上升，并伴随齿面严重的剥落和塑性变形，加速轮齿疲劳断裂。