機械工程中齒輪失效常見的幾種形式及預防措施

1、機械工程中齒輪失效常見的幾種形式及預防措施機械工程中齒輪失效常見的幾種形式及預防措施齒輪是現(xiàn)代機械傳動中的重要組成部分,在各種機械設備中應用極為廣泛。據(jù)統(tǒng)計,在各種機械故障中,齒輪失效引起的約占10.3%,下面就齒輪常見失效形式、相應的防止或延緩失效措施作一介紹。1、齒輪失效形式齒輪的類型很多,用處各異,在實際消費應用過程中,齒輪的失效形式也是各種各樣的。齒輪失效一般發(fā)生在齒面,很少發(fā)生在其他部位。按照齒輪在工作中發(fā)生故障的原因,可分析出齒輪常見失效形式有輪齒折斷、齒面膠合、齒面疲勞點蝕、齒面磨損、塑性變形等等。1.1輪齒折斷輪齒折斷是危險性很大的一種最終失效形式,根據(jù)形成的不同原因可分為過載

2、折斷、疲勞折斷和隨機折斷。齒面受到過大沖擊載荷時,致使輪齒應力超過其極限應力,發(fā)生過載斷裂。一般為短期過載。輪齒發(fā)生過載折斷時,其斷面有呈放射狀或人字級把戲的放射區(qū),放射方向與裂紋擴展方向大致平行,放射中心即為斷裂源,斷口現(xiàn)殼紋疲勞線。鑄鐵齒輪易發(fā)生過載斷裂。在循環(huán)載荷作用下,齒根處彎曲應力最大且應力集中,當超過疲勞極限時,齒根圓角處易產(chǎn)生疲勞裂紋。隨著工作時間和循環(huán)次數(shù)的增加,屢次重復作用,裂紋逐漸擴展加深,最終導致輪齒疲勞斷裂。導致輪齒發(fā)生疲勞折斷的因素很多,如:齒輪材料不當、加工精度低、齒根過渡圓角孝設計時對實際載荷估計缺乏等等。當齒輪材料缺陷、剝落在斷裂處形成過高的部分應力集中時,會導

3、致隨機折斷。其斷口形式與一般疲勞折斷相似。這種失效實際上是次生的失效。1.2齒面膠合在高速重載傳動中,因嚙合區(qū)溫度升高而導致光滑油膜被破壞,使兩齒面金屬直接接觸并互相粘接,隨著齒面的相對滑動,較軟的齒面金屬沿滑動方向被撕下而形成溝紋,這種現(xiàn)象就是膠合。根據(jù)各自不同的特征和原因,膠合詳細又分為細微膠合、中等膠合、破壞性膠合及部分膠合四種類型。齒面膠合會引起強烈的磨損和發(fā)熱、造成傳動不平穩(wěn)、導致齒輪報廢。1.3齒面點蝕輪齒在工作時,其嚙合外表上任一點所產(chǎn)生的接觸應力是按脈動循環(huán)變化的。齒面接觸應力超過材料的接觸極限應力時,齒面表層會產(chǎn)生細微的疲勞裂紋,裂紋的擴展使表層金屬微粒剝落下來而形成一些小坑

4、,俗稱點蝕麻坑。點蝕會使齒面減少承載面積,引起沖擊和噪音,嚴重時輪齒會折斷。當點蝕面積如超過齒高、齒寬的60%時,應更換新零件。1.4齒面磨損齒面磨損有2種:(1)由于硬的屑粒如鐵屑、砂粒等進入齒面間所引起的磨粒磨損;(2)由于輪齒外表互相摩擦所引起的研磨磨損。過度磨損后,工作外表材料大量磨掉,齒廓形狀破壞,常導致嚴重噪聲和振動,最終導致傳動失效。因此,重要輪齒的齒面磨損不應該超過原齒厚的10%,一般輪齒齒面磨損視設備用處不超過原齒厚的20%30%,超過標準應更換。1.5塑性變形齒面塑性變形主要出如今低速重載、頻繁啟動和過載的場合。當齒面的工作應力超過材料的屈從極限時,齒面產(chǎn)生塑性流動,從而引

5、起主動輪齒面節(jié)線處產(chǎn)生凹槽,從動輪出現(xiàn)凸脊。此失效多發(fā)生在非硬面輪齒上,齒輪的齒形嚴重變形,特別是左右不對稱時應更換新件。上面闡述的幾種主要輪齒失效形式,在一般情況下,不僅可以修復,且在不能改變齒輪材料、加工工藝的條件下通過提早預防來延遲齒輪失效不利情況的發(fā)生,進步齒輪使用壽命。2、預防齒輪失效措施2.1進步齒輪安裝精度2.2合理選材齒輪材料的選擇,要根據(jù)強度、韌性和工藝性能要求,綜合考慮。結合我國實際,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-r和ni-r-合金滲碳鋼為主的鋼材;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-n鋼。用這種鋼材制造的齒輪與普通電爐鋼制造的齒輪相比,其接觸和彎曲疲勞壽命可進步3-5倍,齒輪極限載荷可進步15%-20%。2.3熱處理通過熱處理工藝,可以改善齒輪材質(zhì),適當進步硬度,消除或減輕齒面的部分過載,進步齒面的抗剝落才能。例,對煤礦機械中的齒輪,深層滲碳淬火,可減小齒輪硬化,進步芯部硬度,較小的過渡區(qū)剩余拉應力和充足的硬化層深度。2.4根據(jù)實際情況選擇齒輪油據(jù)資料顯示,機械故障的34.4%源于光滑缺乏,19.6%源于光滑不當,換句話說,以54%的機械故障是由于光滑問題所致。因此,選擇好的齒輪油對進步齒輪使用壽命有重要的意義。2.5修復為了確保齒輪的強度和硬度,決定采