淺談機械工程中齒輪失效現(xiàn)象的預防

淺談機械工程中齒輪失效現(xiàn)象的預淺談機械工程中齒輪失效現(xiàn)象的預 防防 齒輪作為機械設備中的關鍵部件 很大程度的影響設備運 行狀態(tài)及使用壽命 本文通過對造成齒輪失效的形式及原因進 行分析 探討和提出了相應的解決方式 齒輪 gear 是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機械零件 在現(xiàn)代機械設備的傳動裝置中 齒輪由于傳動效率高 傳動比 準確 高功率等優(yōu)點 使其廣泛的應用于工業(yè)產(chǎn)品中 它的設 計和制造水平直接影響工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量 齒輪分為多種類型 用途不同所選用的齒輪也不同 齒輪分為多種類型 用途不同所選用的齒輪也不同 在實際生產(chǎn)中應用的齒輪 不同的故障模式的也存在差異 通常 故障是都發(fā)生在多齒面的一部分 其它部位則較少發(fā)生 齒輪的失效形式大致分為 齒面磨損 齒面膠合 疲勞點蝕 輪齒折斷 齒面塑性變形等 1 1 齒面磨損 齒輪磨損是指齒輪在工作過程中 輪齒表面材料由于摩擦 而產(chǎn)生的損耗現(xiàn)象 這種情況一方面導致了漸開線齒廓形狀的 破壞 引起系統(tǒng)震動產(chǎn)生噪音 另一方面也導致輪齒減薄 容 易斷裂折斷 造成這種情況的原因一是工作環(huán)境差 粉塵較多 使齒面間進入砂礫等硬質(zhì)屑粒 二是軟齒面相互作用摩擦產(chǎn)生 的損耗 針對這兩種造成齒輪磨損的原因 我們需要提高輪齒表面 硬度 定期檢查輪齒磨損程度 對于關鍵部位重要齒輪 齒面 磨損要小于原齒厚度的 10 而對于一般齒輪的齒面磨損 在 小于原厚度 20 30 時 應及時更換或維修 1 2 齒面膠合 齒面膠合易于發(fā)生在高速重載傳動的齒輪上 齒輪在工作 中 機械摩擦力做功會使齒合區(qū)的溫度上升 破壞潤滑油膜 齒面之間金屬直接接觸 造成粘連 此時相對較軟的齒面金屬 則會隨著齒輪的運動方向被撕下 在齒輪表面并產(chǎn)生峰崗 節(jié) 瘤 刮痕或溝槽 這種現(xiàn)象被稱為膠合 結(jié)合齒面膠合的不同 原因和特征 可將其分為破壞性膠合 輕微膠合 局部膠合及 中等膠合等 齒輪發(fā)生齒面膠合后 將加速齒輪的磨損 產(chǎn)生 不平穩(wěn)的傳動 導致齒輪迅速失效 報廢 為了防止或減少齒面膠合的現(xiàn)象 我們可以采用吸附性能 高的潤滑油 提高油膜的強度和相對穩(wěn)定性 在高溫高壓下仍 能很好的發(fā)揮潤滑及隔離效果 預防齒面膠合 1 3 齒面點蝕 點蝕屬于接觸疲勞損壞 齒輪在傳動中 接觸面上各點的 接觸應力呈脈動循環(huán)變化 經(jīng)過一段時間后 會由于接觸面上 金屬的疲勞而形成細小的疲勞裂紋 裂紋的擴展造成金屬剝落 形成點蝕 齒面在出現(xiàn)點蝕后 由于承載面積減少 會導致噪 音和沖擊 甚至會出現(xiàn)輪齒折斷 倘若齒輪的點蝕面積大于齒 寬 齒高的 60 則要對零件進行更新 防止齒輪發(fā)生齒面點蝕的措施 設計前對齒面疲勞強度進 行計算 使齒面接觸應力不超過允許值 此外 提高齒面硬度 及表面光滑度 采用正變位傳動 選用較高粘度的潤滑油 改 善散熱條件等都可以顯著預防點蝕的發(fā)生 1 4 齒面塑性變形 在齒輪工作過程中當表面的工作應力大于材料屈服極限后 齒面表層材料就會沿著摩擦力方向產(chǎn)生塑性流動 這種現(xiàn)象稱為 塑性變形 此時主動齒輪面節(jié)線處將會有凹槽產(chǎn)生 而從動輪 將會有凸脊出現(xiàn) 此類失效一般發(fā)生在低速重載的齒輪傳動中 塑性變形面多 在非齒齒輪上 預防齒面塑性變形需要提高輪齒面硬度 選用高粘度的潤 滑油等方法 1 5 齒輪折斷 齒輪折斷現(xiàn)象在機械傳動設備中式最常見也是最危險的現(xiàn) 象之一 是造成齒輪失效的最主要原因 輪齒折斷的原因主要有彎曲疲勞折斷 過載折斷 隨機折 斷 輪齒剪斷和塑變后折斷 其中尤其以疲勞折斷和過載折斷 最為常見 疲勞折斷 齒輪由于循環(huán)載荷的作用 齒根部位受力最大 在齒根過渡圓角處有應力集中 當超過齒輪材料疲勞極限時 容易在齒根的圓角部位產(chǎn)生疲勞裂紋 隨著裂紋不斷擴大 最 終發(fā)生斷裂 過載斷裂 輪齒在短時間內(nèi)受到過載沖擊或者輪齒變薄后 導致齒輪應力超過了其所能承受的應力極限產(chǎn)生斷裂 載荷嚴 重集中 裝配精度不夠等都有可能引起過載斷裂 為了預防輪齒折斷 在設計時 要對輪齒彎曲疲勞強度進 行計算 為防止輪齒折斷可以采取以下措施 增大齒根處過 度圓角 提高齒面加工精度等工藝措施降 低齒根表面粗糙度 提高齒輪安裝精度 避免偏載 合理的熱處理 保證齒 芯韌性和齒面硬度 對齒根進行噴丸 輥壓等表面硬化處理 齒輪失效現(xiàn)象的預防措施綜述齒輪失效現(xiàn)象的預防措施綜述 各個公司在日常生產(chǎn)中 為了減少設備故障 降低齒輪失 效的發(fā)生率 就需要采取相應的預防及維護措施 保障齒輪運 行精度 及使用壽命 如選取適合的材料 采用合理的設計方 案 保證齒輪安裝精度 使用適當材質(zhì)的齒輪產(chǎn)品 選擇合適 的齒輪油 定期保養(yǎng)維護等等 齒輪材料選擇 要根據(jù)強度 韌性和工藝性能要求 綜合 考慮 同時也要考慮成本及經(jīng)濟效益因素 結(jié)合實際 宜選用 低碳合金滲碳鋼 對于承受重載和沖擊載荷的齒輪 采用以 ni cr 和 ni cr mo 合金滲碳鋼為主的鋼材 含 ni 量 2 4 對于負 載比較穩(wěn)定或功率較小 模數(shù)較小的齒輪 亦可選用無 ni 的 ni mn 鋼 齒輪的熱處理及表面硬化 合理的熱處理及表面硬化處理 可以大幅度提升齒輪性能 防止失效 先對齒輪進行滲碳 滲 氮等熱處理 在對齒面 齒根等關鍵部位噴丸強化 即提升了 表層向芯部過渡的區(qū)域抗剪強度又提高了齒輪表面接觸疲勞強 度 30 50 此外正確的安裝運行 選用合理的潤滑油等 措施都可以起到防止及減緩齒輪失效的作用 根據(jù)相關資料顯 示 齒輪失效事故中 由于不當?shù)臐櫥l(fā)的機械事故占 20 潤滑不足而引發(fā)的