齿轮齿面的点蚀、胶合和磨料磨损,痕迹并不相同
点蚀多在节线附近,来得慢。胶合沿滑动方向,来得快。油里有砂时,齿厚会被均匀削薄。

齿轮齿面损坏,远看都是“齿坏了”。近看位置和痕迹并不相同。节线附近的麻点,多半是接触疲劳造成的点蚀。沿滑动方向的撕痕,多半是油膜破裂后的胶合。整面细密划痕、齿厚变薄,多半是油里有颗粒造成的磨料磨损。三种痕迹对应的处理差得很远,统一加注极压齿轮油,只能对上其中一种。
点蚀长在节线附近,来得慢
轮齿啮合时,节线附近以滚动为主,接触应力高,应力反复作用到一定次数后,表面下层先出现细小裂纹,再剥成麻点。所以点蚀要跑很多小时才出现,新齿轮几天内就布满麻点的情况较少。麻点若只是少数、随后不再扩大,有的调质齿轮在跑合后会趋于稳定。麻点连成片、剥落面积不断扩大,则是扩展性点蚀,齿廓被破坏,噪声和动载荷会上升。
点蚀和接触应力、齿面硬度、齿向是否偏载有关。偏载时麻点集中在齿宽的一端,另一端还是好的。这时先校正轴线和接触斑,把载荷摊开,比立刻换更硬的齿轮更要紧。油的清洁度对点蚀有影响,但把点蚀当成油脏了去换油,偏载仍在,新齿面还会在同一端再出现麻点。
胶合来得快,痕迹沿着滑动方向
胶合是两齿面金属直接接触,局部焊住再撕开,留下沿滑动方向的粗糙条痕。滑动速度在齿顶和齿根较大,节线附近较小,所以胶合往往齿顶、齿根重,节线反而轻,和点蚀的位置正好错开。它出现得快,过载、冲击、油温过高、新齿轮表面太粗,都可能在短时间里发生。
油膜要有足够的黏度和极压能力,齿面温度还不能高到把油膜烧破。极压添加剂对胶合有用。对已经扩展的点蚀,极压剂阻止不了疲劳裂纹继续剥落。齿面温度高,要看负荷、转速和喷油是否真的喷到啮合处。油箱里油很多、喷嘴却偏了,齿面仍然是干的。
磨料磨损把齿厚慢慢削薄
油里进了沙尘、氧化皮或上一对齿轮掉下来的金属粉,齿面会布满沿滑动方向的细划痕,齿厚均匀变薄,齿顶尖了。这种磨损和疲劳麻点不同,它是切削出来的,油越脏越快。处理是过滤、换油、查密封从哪里进灰,而不是提高油的极压等级。极压剂防止焊合,防止不了沙子把齿面当砂轮。
断齿则是齿根弯曲疲劳,裂纹从齿根圆角开始,和齿面这三种要分开。齿根有刀痕、圆角过小、局部偏载,都会让弯曲应力集中。齿面已经点蚀剥落,动载荷变大,也可能进而断齿。只看掉下来的半截齿,判断不出是先断还是齿面先坏。要看还留在轮上的那些齿:有麻点、有撕痕,还是只是齿根齐根断开。
现场记录尽量写清三件事:痕迹在节线还是在齿顶,是跑了很久才出现还是刚加载就出现,油底有没有颗粒和水分。节线麻点、时间很长,查载荷和接触斑。齿顶撕痕、时间很短,查油膜和温度。整面划痕、油里有渣,查过滤和密封。三种都往齿轮油品牌上归,下一次齿面还会留下同样的痕迹。
接触斑是判断偏载的直接证据。齿面涂色后轻载运转,斑点应落在齿宽中部并沿齿高合理分布。斑点挤在一端,这一点的接触应力成倍增加,点蚀会只在这一端出现。轴线平行度、轴承游隙和箱体变形都会造成这种斑点。先把斑点调到齿宽的大部分区域,再讨论要不要提高齿面硬度。硬度提高后,偏载仍在,硬齿也会在同一端剥落,只是时间稍晚。
跑合阶段的轻微点蚀和破坏性点蚀要分开。新齿轮在最初的运转里,局部高点先接触,出现细小麻点,高点磨去后麻点不再发展,噪声下降。这是有限的跑合。若麻点面积持续扩大、剥落坑变深、金属颗粒在油里增多,就是破坏性点蚀,继续跑只会把齿廓跑坏。用“再跑一段时间看看”处理后者,剥落会连成片。
胶合还和速度有关。滑动速度高的高速齿轮,齿面温度容易上去,油膜更难维持,胶合风险高于低速重载的开式齿轮。低速重载更常见的是油膜挤不出足够厚度,需要极压油,痕迹仍是撕开而不是麻点。选油时要同时看黏度和极压性,黏度够才能在节线形成油膜,极压性用来应付齿顶齿根的滑动。只提高极压等级、黏度降得太低,节线处的点蚀条件并没有改善。
磨料的来源要找到入口。透气帽没有过滤、密封漏灰、检修后箱体内留下型砂和加工屑,都会变成磨料。磁塞或滤芯上的粉末若是铁磁性的细片,可能来自齿面本身,说明磨损已经开始。砂粒则说明外部进入。换油而不查入口,新油会在很短时间里再次发亮、发浑。滤芯上的颗粒种类,比油的颜色更能说明是胶合掉下来的,还是外面进来的。
断齿前通常有齿根的疲劳裂纹,裂纹从圆角开始,扩展后整齿脱落。齿根圆角过小、加工刀痕、淬火裂纹,都会提前打开这条裂纹。齿面点蚀严重时,啮合冲击变大,齿根应力跟着变大,可能先看到齿面损坏,随后断齿。检查还未断的齿,齿根有没有一条细裂纹,用放大和着色可以看出来。只更换断掉的齿轮、不看配对齿轮的齿面,配对齿轮的损伤会在新齿轮上复制一遍。
一次齿面故障的记录,写成“齿坏、已换油”几乎没有以后可用的信息。写成痕迹位置、出现的运行小时、接触斑在齿宽的哪一端、油里颗粒的形态,下一次就能决定是调轴线、改油,还是加强过滤。齿轮的损坏类型就写在齿面上,油品牌只是其中一种手段。
配对齿轮要一起看。小齿轮转得快,同一齿面进入啮合的次数多,点蚀通常先出现在小齿轮上。只换小齿轮、大齿轮齿面已经剥落,新小齿轮会在很短时间里被旧齿面打出同样的麻点。成对更换或把大齿轮齿面修整到可用,才能保住新齿。
负荷试车才能看出胶合。空载跑合时齿面温度低,油膜完整,胶合不会出现。加到工作负荷后才撕开,说明油膜顶不住工作温度和滑动。试车记录应包含负荷,而不只是空载噪声。空载安静、带载几小时齿顶拉毛,就按胶合去查油温和喷油,不必再把齿轮拆回去做动平衡。动平衡解决的是回转质量,解决不了齿顶的油膜破裂。