淺談機(jī)械工程中齒輪失效現(xiàn)象的預(yù)防

淺談機(jī)械工程中齒輪失效現(xiàn)象的預(yù)淺談機(jī)械工程中齒輪失效現(xiàn)象的預(yù) 防防 齒輪作為機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵部件 很大程度的影響設(shè)備運(yùn) 行狀態(tài)及使用壽命 本文通過(guò)對(duì)造成齒輪失效的形式及原因進(jìn) 行分析 探討和提出了相應(yīng)的解決方式 齒輪 gear 是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機(jī)械零件 在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)裝置中 齒輪由于傳動(dòng)效率高 傳動(dòng)比 準(zhǔn)確 高功率等優(yōu)點(diǎn) 使其廣泛的應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品中 它的設(shè) 計(jì)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(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)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(diǎn)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(guò)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(dǎo)致了漸開線齒廓形狀的 破壞 引起系統(tǒng)震動(dòng)產(chǎn)生噪音 另一方面也導(dǎo)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(jìn)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(duì)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(duì)于關(guān)鍵部位重要齒輪 齒面 磨損要小于原齒厚度的 10 而對(duì)于一般齒輪的齒面磨損 在 小于原厚度 20 30 時(shí) 應(yīng)及時(shí)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(dòng)的齒輪上 齒輪在工作 中 機(jī)械摩擦力做功會(huì)使齒合區(qū)的溫度上升 破壞潤(rùn)滑油膜 齒面之間金屬直接接觸 造成粘連 此時(shí)相對(duì)較軟的齒面金屬 則會(huì)隨著齒輪的運(yùn)動(dòng)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(dòng) 導(dǎo)致齒輪迅速失效 報(bào)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(rùn)滑油 提高油膜的強(qiáng)度和相對(duì)穩(wěn)定性 在高溫高壓下仍 能很好的發(fā)揮潤(rùn)滑及隔離效果 預(yù)防齒面膠合 1 3 齒面點(diǎn)蝕 點(diǎn)蝕屬于接觸疲勞損壞 齒輪在傳動(dòng)中 接觸面上各點(diǎn)的 接觸應(yīng)力呈脈動(dòng)循環(huán)變化 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后 會(huì)由于接觸面上 金屬的疲勞而形成細(xì)小的疲勞裂紋 裂紋的擴(kuò)展造成金屬剝落 形成點(diǎn)蝕 齒面在出現(xiàn)點(diǎn)蝕后 由于承載面積減少 會(huì)導(dǎo)致噪 音和沖擊 甚至?xí)霈F(xiàn)輪齒折斷 倘若齒輪的點(diǎn)蝕面積大于齒 寬 齒高的 60 則要對(duì)零件進(jìn)行更新 防止齒輪發(fā)生齒面點(diǎn)蝕的措施 設(shè)計(jì)前對(duì)齒面疲勞強(qiáng)度進(jìn) 行計(jì)算 使齒面接觸應(yīng)力不超過(guò)允許值 此外 提高齒面硬度 及表面光滑度 采用正變位傳動(dòng) 選用較高粘度的潤(rùn)滑油 改 善散熱條件等都可以顯著預(yù)防點(diǎn)蝕的發(fā)生 1 4 齒面塑性變形 在齒輪工作過(guò)程中當(dāng)表面的工作應(yīng)力大于材料屈服極限后 齒面表層材料就會(huì)沿著摩擦力方向產(chǎn)生塑性流動(dòng) 這種現(xiàn)象稱為 塑性變形 此時(shí)主動(dòng)齒輪面節(jié)線處將會(huì)有凹槽產(chǎn)生 而從動(dòng)輪 將會(huì)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(dòng)中 塑性變形面多 在非齒齒輪上 預(yù)防齒面塑性變形需要提高輪齒面硬度 選用高粘度的潤(rùn) 滑油等方法 1 5 齒輪折斷 齒輪折斷現(xiàn)象在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中式最常見也是最危險(xiǎn)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(guò)載折斷 隨機(jī)折 斷 輪齒剪斷和塑變后折斷 其中尤其以疲勞折斷和過(guò)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(guò)渡圓角處有應(yīng)力集中 當(dāng)超過(guò)齒輪材料疲勞極限時(shí) 容易在齒根的圓角部位產(chǎn)生疲勞裂紋 隨著裂紋不斷擴(kuò)大 最 終發(fā)生斷裂 過(guò)載斷裂 輪齒在短時(shí)間內(nèi)受到過(guò)載沖擊或者輪齒變薄后 導(dǎo)致齒輪應(yīng)力超過(guò)了其所能承受的應(yīng)力極限產(chǎn)生斷裂 載荷嚴(yán) 重集中 裝配精度不夠等都有可能引起過(guò)載斷裂 為了預(yù)防輪齒折斷 在設(shè)計(jì)時(shí) 要對(duì)輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn) 行計(jì)算 為防止輪齒折斷可以采取以下措施 增大齒根處過(guò) 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(duì)齒根進(jìn)行噴丸 輥壓等表面硬化處理 齒輪失效現(xiàn)象的預(yù)防措施綜述齒輪失效現(xiàn)象的預(yù)防措施綜述 各個(gè)公司在日常生產(chǎn)中 為了減少設(shè)備故障 降低齒輪失 效的發(fā)生率 就需要采取相應(yīng)的預(yù)防及維護(hù)措施 保障齒輪運(yùn) 行精度 及使用壽命 如選取適合的材料 采用合理的設(shè)計(jì)方 案 保證齒輪安裝精度 使用適當(dāng)材質(zhì)的齒輪產(chǎn)品 選擇合適 的齒輪油 定期保養(yǎng)維護(hù)等等 齒輪材料選擇 要根據(jù)強(qiáng)度 韌性和工藝性能要求 綜合 考慮 同時(shí)也要考慮成本及經(jīng)濟(jì)效益因素 結(jié)合實(shí)際 宜選用 低碳合金滲碳鋼 對(duì)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(duì)于負(fù) 載比較穩(wěn)定或功率較小 模數(shù)較小的齒輪 亦可選用無(wú) 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(duì)齒輪進(jìn)行滲碳 滲 氮等熱處理 在對(duì)齒面 齒根等關(guān)鍵部位噴丸強(qiáng)化 即提升了 表層向芯部過(guò)渡的區(qū)域抗剪強(qiáng)度又提高了齒輪表面接觸疲勞強(qiáng) 度 30 50 此外正確的安裝運(yùn)行 選用合理的潤(rùn)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(guān)資料顯 示 齒輪失效事故中 由于不當(dāng)?shù)臐?rùn)滑而引發(fā)的機(jī)械事故占 20 潤(rùn)滑不足而引發(fā)的