（一）失效形式
齒輪傳動(dòng)就裝置形式來說,，有開式、半開式及閉式之分,；就使用情況來說有低速,、高速及輕載、重載之別,；就齒輪材料的性能及熱處理工藝的不同,，輪齒有較脆（如經(jīng)整體淬火、齒面硬度較高的鋼齒輪或鑄鐵齒輪）或較韌（如經(jīng)調(diào)質(zhì),、?；膬?yōu)質(zhì)鋼材及合金鋼齒輪），齒面有較硬（輪齒工作面的硬度大于350HBS或38HRC,，并稱為硬齒面齒輪）或較軟（輪齒工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC,，并稱為軟齒面齒輪）的差別等。由于上述條件的不同,，齒輪傳動(dòng)也就出現(xiàn)了不同的失效形式,。一般地說，齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效,，而輪齒的失效形式又是多種多樣的,，這里只就較為常見的輪齒折斷和工作面磨損、點(diǎn)蝕,膠合及塑性變形等略作介紹,，其余的輪齒失效形式請參看有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),。至于齒輪的其它部分（如齒圈、輪輻,、輪轂等）,，除了對齒輪的質(zhì)量大小需加嚴(yán)格限制外，通常只需按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),，所定的尺寸對強(qiáng)度及剛度均較富裕,，實(shí)踐中也極少失效。
1.輪齒折斷
輪齒折斷有多種形式,，在正常情況下,，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因?yàn)樵谳嘄X受載時(shí),，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大,，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應(yīng)力集中作用,，當(dāng)輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋,，并逐步擴(kuò)展,，致使輪齒疲勞折斷（見圖1 圖2 圖3）。 此外,，在輪齒受到突然過載時(shí),，也可能出現(xiàn)過載折斷或剪斷；在輪齒受到嚴(yán)重磨損后齒厚過分減薄時(shí),，也會(huì)在正常載荷作用下發(fā)生折斷,。 在斜齒圓柱齒輪（簡稱斜齒輪）傳動(dòng)中，輪齒工作面上的接觸線為一斜線（參看）,，輪齒受載后,，如有載荷集中時(shí)，就會(huì)發(fā)生局部折斷,。
圖1
圖2
圖3
若制造或安裝不良或軸的彎曲變形過大,，輪齒局部受載過大時(shí)，即使是直齒圓柱齒輪（簡稱直齒輪）,，也會(huì)發(fā)生局部折斷,。
為了提高齒輪的抗折斷能力，可采取下列措施：1）用增加齒根過渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來減小齒根應(yīng)力集中,；2）增大軸及支承的剛性,，使輪齒接觸線上受載較為均勻；3）采用合適的熱處理方法使齒芯材料具有足夠的韌性,；4）采用噴丸,、滾壓等工藝措施對齒根表層進(jìn)行強(qiáng)化處理。
2.齒面磨損
在齒輪傳動(dòng)中,，齒面隨著工作條件的不同會(huì)出現(xiàn)不同的磨損形式,。例如當(dāng)嚙合齒面間落入磨料性物質(zhì)（如砂粒、鐵屑等）時(shí),，齒面即被逐漸磨損而至報(bào)廢,。這種磨損稱為磨粒磨損（見圖1 圖2 圖3 ）。它是開式齒輪傳動(dòng)的主要形式之一,。改用閉式齒輪傳動(dòng)是避免齒面磨粒磨損最有效的方法,。
3.齒面點(diǎn)蝕
點(diǎn)蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中,，常見的齒面失效形式多為點(diǎn)蝕,。所謂點(diǎn)蝕就是齒面材料變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象（見圖1 圖2 圖3）。齒面上最初出現(xiàn)的點(diǎn)蝕僅為針尖大小的麻點(diǎn),，如工作條件未加改善,，麻點(diǎn)就會(huì)逐漸擴(kuò)大，甚至數(shù)點(diǎn)連成一片,，最后形成了明顯的齒面損傷,。 齒輪在嚙合過程中，齒面間的相對滑動(dòng)起著形成潤滑油膜的作用,，而且相對滑動(dòng)速度愈高,，愈易在齒面間形成油膜,，潤滑也就愈好,。當(dāng)輪齒在靠近節(jié)線處嚙合時(shí)，由于相對滑動(dòng)速度低,，形成油膜的條件差,，潤滑不良，摩擦力較大,，特別是直齒輪傳動(dòng),，通常這時(shí)只有一對齒嚙合，輪齒受力也最大,，因此,，點(diǎn)蝕也就首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線的齒根面上，然后再向其它部位擴(kuò)展,。
從相對意義上說,，也就是靠近節(jié)線處的齒根面抵抗點(diǎn)蝕的能力最差（即接觸疲勞強(qiáng)度最低）。 提高齒輪材料的硬度,，可以增強(qiáng)齒輪抗點(diǎn)蝕的能力,。在嚙合的輪齒間加注潤滑油可以減小摩擦，減緩點(diǎn)蝕,，延長齒輪的工作壽命,。并且在合理的限度內(nèi)，潤滑油的粘度越高,，上述效果也愈好,。因?yàn)楫?dāng)齒面上出現(xiàn)疲勞裂紋后，潤滑油就會(huì)侵入裂紋,，而且粘度愈低的油,，愈易侵入裂紋。潤滑油侵入裂紋后,，在輪齒嚙合時(shí),，就有可能在裂紋內(nèi)受到擠脹，從而加快裂紋的擴(kuò)展,，這是不利之處,。所以對速度不高的齒輪傳動(dòng),，以用粘度高一點(diǎn)的油來潤滑為宜；對速度較高的齒輪傳動(dòng)（如圓周速度v>12m/s）,，要用噴油潤滑（同時(shí)還起散熱的作用）,，此時(shí)只宜用粘度低的油。開式齒輪傳動(dòng),，由于齒面磨損較快,，很少出現(xiàn)點(diǎn)蝕。
4.齒面膠合
對于高速重載的齒輪傳動(dòng)（如航空發(fā)動(dòng)機(jī)減速器的主傳動(dòng)齒輪）,，齒面間的壓力大,，瞬間溫度高，潤滑效果差,，當(dāng)瞬時(shí)溫度過高時(shí),，相嚙合的兩齒面就會(huì)發(fā)生粘在一起的現(xiàn)象，由于此時(shí)兩齒面又在作相對滑動(dòng),，相粘結(jié)的部位即被撕破,，于是在齒面上沿相對滑動(dòng)的方向形成傷痕，稱為膠合,，如圖1 圖2 圖3中的輪齒部分所示,。傳動(dòng)時(shí)齒面瞬時(shí)溫度愈高、相對滑動(dòng)速度愈大的地方,，愈易發(fā)生膠合,。
有些低速重載的重型齒輪傳動(dòng)，由于齒面間的油膜遭到破壞,，也會(huì)產(chǎn)生膠合失效,。此時(shí)，齒面的瞬時(shí)溫度并無明顯增高,，故稱為冷膠合,。 加強(qiáng)潤滑措施，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油（如硫化油）,，在潤滑油中加入極壓添加劑等,，均可防止或減輕齒面的膠合。
5.齒面塑性變形
塑性變形屬于輪齒永久變形一大類的失效形式,，它是由于在過大的應(yīng)力作用下,，輪齒材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動(dòng)所形成的。塑性變形一般發(fā)生在硬度低的齒輪上,；但在重載作用下,，硬度高的齒輪上也會(huì)出現(xiàn)。 塑性變形又分為滾壓塑變和錘擊塑變。滾壓塑變是由于嚙合輪齒的相互滾壓與滑動(dòng)而引起的材料塑性流動(dòng)所形成的,。由于材料的塑性流 動(dòng)方向和齒面上所受的摩擦力方向一致,，所以在主動(dòng)輪的輪齒上沿相對滑動(dòng)速度為零的節(jié)線處被碾出溝槽,而在從動(dòng)輪的輪齒上則在節(jié)線處被擠出脊棱。這種現(xiàn)象稱為滾壓塑變（見右圖）,。錘擊塑變則是伴有過大的沖擊而產(chǎn)生的塑性變形,，它的特征是在齒面上出現(xiàn)淺的溝槽，且溝槽的取向與嚙合輪齒的接觸線相一致,。 提高輪齒齒面硬度,，采用高粘度的或加有極壓添加劑 的潤滑油均有助于減緩或防止輪齒產(chǎn)生塑性變形。
提高輪齒對上述幾種失效形式的抵抗能力,，除上面所說的辦法外,，還有減小齒面粗糙度值，適當(dāng)選配主,、從動(dòng)齒輪的材料及硬度,，進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪ズ希ㄅ芎希约斑x用合適的潤滑劑及潤滑方法等,。前已說明，輪齒的失效形式很多,。除上述五種主要形式外,，還可能出現(xiàn)齒面融化、齒面燒傷,、電蝕,、異物嚙入和由于不同原因產(chǎn)生的多種腐蝕和裂紋等等，可參看有關(guān)資料,。
（二）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
由上述分析可知,，所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下，必須具有足夠的,、相應(yīng)的工作能力,，以保證在整個(gè)工作壽命期間不致失效。因此,，針對上述各種工作情況及失效形式,，都應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但是對于齒面磨損,、塑性變形等,，由于尚未建立起廣為工程實(shí)際使用而且行之有效的計(jì)算方法及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計(jì)的一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí),，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算,。對于高速大功率的齒輪傳動(dòng)（如航空發(fā)動(dòng)機(jī)主傳動(dòng)、汽輪發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)等），還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算（參閱GB6413－1986）,。至于抵抗其它失效能力,，目前雖然一般不進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)采取的措施,，以增強(qiáng)輪齒抵抗這些失效的能力,。
由實(shí)踐得知，在閉式齒輪傳動(dòng)中,，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主,。但對于齒面硬度很高、齒芯強(qiáng)度又低的齒輪（如用20,、20Cr鋼經(jīng)滲碳后淬火的齒輪）或材質(zhì)較脆的齒輪,，通常則以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時(shí),，則視具體情況而定,。
功率較大的傳動(dòng)，例如輸入功率超過75kW的閉式齒輪傳動(dòng),，發(fā)熱量大,，易于導(dǎo)致潤滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升,，還應(yīng)作散熱能力計(jì)算,。
開式（半開式）齒輪傳動(dòng)，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算,，但如前所述,，對齒面抗磨損能力的計(jì)算方法迄今尚不夠完善，故對開式（半開式）齒輪傳動(dòng),，目前僅以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,。為了延長開式（半開式）齒輪傳動(dòng)的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當(dāng)增大,。
前已述之,，對于齒輪的輪圈、輪輻,、輪轂等部位的尺寸,，通常僅作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,。