（一）失效形式
齒輪傳動(dòng)就裝置形式來(lái)說(shuō)，有開(kāi)式、半開(kāi)式及閉式之分；就使用情況來(lái)說(shuō)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)、常化的優(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(shuō)，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(jiàn)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(qǐng)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(duì)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(duì)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(guò)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(jiàn)圖1 圖2 圖3）。 此外，在輪齒受到突然過(guò)載時(shí)，也可能出現(xiàn)過(guò)載折斷或剪斷；在輪齒受到嚴(yán)重磨損后齒厚過(guò)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(jiǎn)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(guò)大，輪齒局部受載過(guò)大時(shí)，即使是直齒圓柱齒輪（簡(jiǎn)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(guò)渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來(lái)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(duì)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(jiàn)圖1 圖2 圖3 ）。它是開(kāi)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(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)中，常見(jiàn)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(jiàn)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(guò)程中，齒面間的相對(duì)滑動(dòng)起著形成潤(rùn)滑油膜的作用，而且相對(duì)滑動(dòng)速度愈高，愈易在齒面間形成油膜，潤(rùn)滑也就愈好。當(dāng)輪齒在靠近節(jié)線處嚙合時(shí)，由于相對(duì)滑動(dòng)速度低，形成油膜的條件差，潤(rùn)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(duì)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(duì)意義上說(shuō)，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(rùn)滑油可以減小摩擦，減緩點(diǎn)蝕，延長(zhǎng)齒輪的工作壽命。并且在合理的限度內(nèi)，潤(rùn)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(rùn)滑油就會(huì)侵入裂紋，而且粘度愈低的油，愈易侵入裂紋。潤(rùn)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(duì)速度不高的齒輪傳動(dòng)，以用粘度高一點(diǎn)的油來(lái)潤(rùn)滑為宜；對(duì)速度較高的齒輪傳動(dòng)（如圓周速度v>12m/s），要用噴油潤(rùn)滑（同時(shí)還起散熱的作用），此時(shí)只宜用粘度低的油。開(kāi)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(duì)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(rùn)滑效果差，當(dāng)瞬時(shí)溫度過(guò)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(duì)滑動(dòng)，相粘結(jié)的部位即被撕破，于是在齒面上沿相對(duì)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(duì)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(wú)明顯增高，故稱為冷膠合。 加強(qiáng)潤(rùn)滑措施，采用抗膠合能力強(qiáng)的潤(rùn)滑油（如硫化油），在潤(rùn)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(guò)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(duì)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(jiàn)右圖）。錘擊塑變則是伴有過(guò)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(rùn)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(duì)上述幾種失效形式的抵抗能力，除上面所說(shuō)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?，以及選用合適的潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑方法等。前已說(shuō)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)75kW的閉式齒輪傳動(dòng)，發(fā)熱量大，易于導(dǎo)致潤(rùn)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(kāi)式（半開(kāi)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(duì)齒面抗磨損能力的計(jì)算方法迄今尚不夠完善，故對(duì)開(kāi)式（半開(kāi)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(zhǎng)開(kāi)式（半開(kāi)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(duì)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。