齒輪傳動中輪齒的失效分析及對策

1、論文摘要：本文根據齒輪傳動的工作特點，探討了齒輪的輪齒折斷、齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合、齒面塑性變形失效形式及原因，并基于失效原因的分析提出了一些應對措施。論文關鍵詞：輪齒失效,點蝕,塑性變形,膠合0引言齒輪傳動是機械傳動中最主要的一種傳動形式。具有效率高、結構緊湊、工作可靠、使用壽命長、傳動比恒定等一系列特點，但由于設計、制造或使用不當等原因，齒輪傳動在工作過程中經常會發(fā)生失效。通常有齒輪的輪齒折斷、工作齒面磨損、疲勞點蝕、齒面膠合及塑性變形等，任何一種失效都將導致齒輪傳動非正常工作。本文將針對齒輪傳動的上述失效形式逐一進行探討，分析其失效原因并提出相應的解決措施。1輪齒折斷輪齒折斷可分為

2、疲勞折斷、過載折斷、和隨機折斷,通常漸開線直齒圓柱齒輪輪齒的折斷為全齒折斷,而斜齒輪和錐齒輪輪齒的折斷一般是局部折斷。1.1疲勞折斷輪齒工作時像一個懸臂梁，受載后在齒根處產生的彎曲應力為最大，而且是交變應力。再加之齒根處過渡部分的尺寸變化較大存在應力集中，在反復的彎曲應力作用下，當應力值超過材料的彎曲疲勞極限時，即時在輪齒受拉一側的齒根圓角處產生疲勞裂紋,隨著載荷循環(huán)次數的增加,裂紋逐漸擴展,使輪齒剩余截面上的應力超過其極限應力,造成瞬時折斷。導致輪齒發(fā)生疲勞折斷的原因很多,如在設計時對實際載荷估計不足、齒輪材料選擇不當、未能保證加工質量、精度等,為防止輪齒工作時發(fā)生疲勞折斷,在進行齒輪設計、

3、加工、安裝時,必須優(yōu)選齒輪參數、提高齒根表面光潔度、增大齒根圓角半徑并調整齒根圓角過渡區(qū),消除該處的加工刀痕一價低齒根的應力集中；增大軸及支承物的剛度以減輕齒面局部過載的程度；應正確選擇齒輪副材料,進行適當的熱處理,以獲得較好的顯微組織；對齒輪進行噴丸、碾壓等冷作處理以提高齒面硬度、保持芯部的韌性。1.2過載折斷過載折斷是指齒輪在工作過程中有嚴重過載或沖擊載荷的作用或者在制造安裝過程中，精度差，齒輪局部受載或受較大的沖擊時，均可能產生過載折斷。過載折斷不同于疲勞折斷，其特點是斷口位置不固定，斷面粗糙。輪齒受到大載沖擊或嚴重磨損而齒厚變薄時也會發(fā)生折斷現象。另外，若制造或安裝不良或軸的剛性不夠而

4、彎曲變形過大時，將導致輪齒局部過載，也會發(fā)生輪齒局部折斷。如，某機車電動機懸掛裝置主動齒輪斷裂，在齒根斷裂區(qū)發(fā)現在毛坯鍛造過程中形成的閉合孔洞及夾雜物，嚴重削弱了該區(qū)強度而導致斷裂。在斜齒圓柱齒輪傳動中，輪齒工作面上的接觸線為一斜線，輪齒受載后，如有集中載荷時，就會發(fā)生局部折斷。若制造及安裝不良或軸的彎曲或軸的彎曲變形過大，輪齒局部受載過大時，即使是直齒圓柱齒輪，也會發(fā)生局部折斷。為防止輪齒過載折斷的發(fā)生,在進行傳動設計時,應充分考慮引起嚴重過載的各種因素,采用適當的安全裝置,如安全聯軸器等;安裝時應保證有足夠的接觸精度;運轉中應防止較大硬物落入嚙合,以免造成沖擊載荷,此外,對齒輪制造過程進行

5、必要的質量控制,如對齒根部進行微裂紋探傷等,也可有減少輪齒發(fā)生過載折斷的可能性。此外，齒輪在加工制造過程中，應嚴格保證工藝要求，盡量避免應力集中。2齒面磨損磨損是在嚙合傳動過程中,由于嚙合齒面間存在著相對滑動、輪齒接觸表面上的材料發(fā)生摩擦損耗的現象，齒面磨損是不可避免的。無論是齒面硬度多高，在齒輪工作后其齒面都會有所磨損。而磨料性物質的進入（如砂粒、鐵屑等）則無疑是加劇齒面磨損的直接原因。避免輪齒過度磨損的最有效方法是以閉式傳動代替半開式或開式傳動。但是，不論是閉式、半開式，還是開式傳動，適當的表面處理，如滲碳淬火、調質(正火)高頻表面淬火等都有助于提高齒面硬度及耐磨性。磨損根據其機理和特征的

6、不同,有輕微磨損、中等磨損、過度磨損、磨粒磨損和腐蝕磨損。輕微磨損的特點：比較緩慢、均勻,磨損后齒面平滑光亮。接觸齒面的粗糙度與潤滑油粘度、齒面工作速度、工作載荷之間不匹配都是產生輕微磨損的原因,這些原因使齒面間潤滑油膜厚度不夠,導致齒面微凸體峰部被磨平或塑性壓平,在齒輪磨光后，可采用粘度較大的潤滑油形成合適的油膜厚度就不影響齒輪的壽命和性能。中等磨損時輪齒節(jié)線上下齒面的材料有一定的移失,離節(jié)線越遠,磨損量越大,在節(jié)線位置上呈現出一條接近連續(xù)的線,因為齒輪受工作速度、載荷、溫度、潤滑劑和潤滑因素的限制,只能在邊界潤滑或接近邊界潤滑狀態(tài)下工作所致,可通過改善潤滑條件、增加油膜厚度來防止中等磨損的

7、發(fā)生。過度磨損時輪齒工作齒面材料被磨削,齒厚明顯減薄,齒廓形狀被破壞,齒輪壽命降低,過度磨損是由于潤滑系統(tǒng)和密封裝置不良或失效,系統(tǒng)有嚴重振動、沖擊等因素所引起,基于以上分析可采用合適的密封形式和潤滑裝置,也可提高工作速度,減輕振動載荷,改變齒輪的幾何參數、材質、精度、齒面粗糙度等。磨粒磨損表現為輪齒接觸表面上沿滑動方向有較均勻的條痕,這是由于磨料物質落入嚙合齒面間而引起的磨損,可通過適當提高齒面硬度和光潔度、降低齒面間滑動率、正確選擇潤滑方式、保持潤滑油清潔等措施減少磨粒磨損。腐蝕磨損是一種以化學腐蝕為主,同時伴有機械磨損的輪齒失效形式,發(fā)生腐蝕磨損的輪齒齒面呈均勻分布的腐蝕麻坑,工作齒面沿滑動方向伴有磨蝕痕跡,引起腐蝕磨損的原因是潤滑劑中的活性成分與輪齒材料發(fā)生了化學和電化學反應,引起齒面腐蝕,由于摩擦或沖刷作用,蝕斑被磨蝕或沖掉,形成腐蝕磨損,要防止腐蝕磨損,就必須對腐蝕介質進行控制,在潤滑油中可添加適量的阻蝕劑,以降低電極反應速度,齒輪裝置應有良好的密封形式,以防機內潤滑油被外界