工業文明的基石：齒輪

齒輪在運轉過程中會受到各種負載與環境因素的影響，若應力超過材料的耐受範圍，就可能發生破壞。齒輪破壞可分為疲勞破壞、磨損、過載失效、腐蝕與製造安裝問題等類型，以下是主要的影響因素。

造成齒輪破壞的原因：

疲勞破壞（Fatigue Failure）

疲勞破壞是齒輪最常見的失效模式，通常發生在長時間運轉後，由於應力反覆作用， 使材料內部產生裂紋，最終導致斷裂。

         🔹 點蝕（Pitting）

                     • 因齒輪接觸應力超過材料疲勞極限，在齒面形成微裂紋，最終導致表面材料剝落。

                     • 主要影響因素：過大載荷、潤滑不良、材料強度不足。

         🔹 膠合（Scuffing, Scoring）

                     • 高速重載齒輪若潤滑不足，會導致齒面局部溫度過高，使金屬熔接並撕裂齒面。

                     • 主要影響因素：潤滑不良、運轉速度過高、齒面粗糙度過大。

        🔹 齒根疲勞裂紋與斷裂

                     • 齒根是齒輪應力最大的區域，長期受彎曲應力影響，容易產生疲勞裂紋，進一步導致齒輪斷裂。

                     • 主要影響因素：設計應力過高、材料強度不足、熱處理不當。

磨損（Wear）

齒輪長時間運轉時，齒面間的接觸會導致材料逐漸損耗，影響齒輪壽命與精度。

        🔹 黏著磨損（Adhesive Wear）

                     • 當齒面間的潤滑失效，金屬直接接觸時，材料可能因高溫熔接並剝離，形成黏著磨損。

                     • 主要影響因素：潤滑失效、負載過大、速度過高。

        🔹 磨粒磨損（Abrasive Wear）

                     • 齒輪箱內若混入異物（如金屬顆粒、沙塵），這些硬顆會造成齒面刮傷與磨損。

                     • 主要影響因素：潤滑油污染、齒輪箱未密封良好。

        🔹 腐蝕磨損（Corrosive Wear）

                     • 化學物質（如水分、酸性氣體）與潤滑油中的污染物會腐蝕齒面，降低齒輪壽命。

                     • 主要影響因素：潮濕環境、潤滑油氧化、酸性污染物。過載與瞬間衝擊破壞（Overload & Shock Load Failure）當齒輪承受超過設計範圍的負載或突發衝擊，可能導致齒輪瞬間破裂或塑性變形。

        🔹 過載斷裂（Overload Fracture）

                     • 當負載過大時，齒輪材料可能直接發生脆性斷裂或塑性變形，導致齒輪失效。

                     • 主要影響因素：過度負載、材料脆性過高（如回火當）。

        🔹 齒形變形與崩齒（Plastic Deformation & Tooth Breakage）

                     • 若齒輪材料硬度不足或負載突然增加，齒面可能發生塑性變形，嚴重時甚至崩齒。

                     • 主要影響因素：材料強度不足、負載過大、衝擊載荷過高。

腐蝕與環境影響（Corrosion & Environmental Factors）

齒輪在惡劣環境中使用時，可能因化學物質或溫度變化導致腐蝕性能下降。

        🔹 應力腐蝕開裂（SCC, Stress Corrosion Cracking）

                     • 當齒輪長期處於張應力狀態且接觸腐蝕性介質（如氯物、硫化物）時，會導致裂紋形成並擴展。

                     • 主要影響因素：潮濕環境、腐蝕性氣體、高溫高壓條件。

        🔹 高溫氧化與熱衰退（High-Temperature Oxidation & Thermal Degradation）

                     • 高溫會加速齒輪材料的氧化，使表面硬度降低，影響齒輪壽命。

                     • 主要影響因素：高溫環境、潤滑油熱穩定性不足。

製造與安裝問題（Manufacturing & Assembly Issues）

        🔹 齒輪精度不足（Manufacturing Errors）

                     • 若齒輪在加工時產生尺寸誤差、齒形偏差或表面粗糙度過高，可能影響齒輪運轉性能，加速磨損與破壞。

        🔹 齒輪安裝錯誤（Assembly Errors）

                     • 軸心未對準、間隙過小或過大，都可能導致齒輪運轉常，增加應力與磨損。

        🔹 熱處理不當（Improper Heat Treatment）

                     • 滲碳、淬火等熱處理若不當，可能導致齒輪硬度過低或脆性增加，使其容易斷裂或變形。

如何預防齒輪破壞？

✅ 選擇適當的材料與熱處理（如滲碳、氮化、表面淬火）來提升齒面強度與耐疲勞性。 

✅ 確保正確的潤滑，使用適當黏度與添加劑的潤滑油，並定期更換。 

✅ 改善齒輪表面精度，降低粗糙度，避免應力集中。 

✅ 合理設計負載與速度，避免齒輪長期處於過載狀態。 

✅ 保持齒輪箱清潔，防止異物污染齒面。 

✅ 精確安裝與對齊，確保齒輪正確嚙合，避免偏心與額外應力。