分析齒輪常見失效及其維修

徐增 趙勝強

【摘 要】齒輪是機械設(shè)備中不可缺少的原件，在機械設(shè)備運行的過程中，齒輪常常會出現(xiàn)失效的現(xiàn)象。筆者通過本文對齒輪失效的原因進(jìn)行了分析，并根據(jù)不同的原因提出了該如何對齒輪進(jìn)行維修，降低齒輪失效發(fā)生的概率，增加企業(yè)效益。

【關(guān)鍵詞】機械設(shè)備；齒輪；失效；維修

0.引言

齒輪是在機械設(shè)備中一種變速傳動部件，機械設(shè)備不可缺少的部件。齒輪在運轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)失效現(xiàn)象，造成設(shè)備不能正常運行。在現(xiàn)代的機械設(shè)備中，齒輪的作用越來越大，據(jù)不完全統(tǒng)計，齒輪失效占各種機械故障的60%以上。因此，為了保證機械設(shè)備的正常運行，我們要對齒輪的失效原因進(jìn)行分析，找到正確的維修辦法，保證機器的正常運行。

1.齒輪失效的原因

1.1齒輪折斷

輪齒折斷的方式有三種，他們分別是過載折斷、疲勞折斷和隨機折斷，一般情況下直齒輪輪齒的折斷是全齒輪折斷，而斜齒輪和錐齒輪輪齒的折斷則是局部折斷。

1.1.1由于過載而折斷

一般在齒輪折斷的時候，會在他的折斷面出現(xiàn)放射狀或類似人字的放射區(qū)，一般放射區(qū)的方向與斷裂的方向大致平行，放射中心即貝殼紋疲的斷口。齒輪的過載折斷主要是齒輪在短時間內(nèi)承受的壓力超過其本身所承受的的最大壓力，超過一定的強度，造成齒輪的折斷。發(fā)生過載折斷的原因還有很多，比如說齒輪精度過低、齒面過于粗糙、材質(zhì)有缺陷等。

1.1.2由于疲勞而折斷

疲勞折斷有自己獨特的特點，其斷口區(qū)可分為斷裂源區(qū)、疲勞擴(kuò)展區(qū)和瞬時折斷區(qū)，輪齒疲勞的折斷主要是由于一個齒輪承受多次重復(fù)的壓力，尤其是受到彎曲的壓力的時候，使得齒輪根部發(fā)生變形，超過了其承受的壓力，造成齒輪的疲勞折斷。隨著壓力的不斷增加，在齒輪斷裂出的裂紋也會隨之增大，在一定的程度下，會造成瞬時的折斷。

1.1.3隨機性折斷

齒輪輪齒的隨機折斷與齒輪的疲勞折斷有一定的相似性，但是隨機折斷的斷裂處的斷口出與疲勞折斷有著不同，它的截面存在過高殘余應(yīng)力的位置，輪齒的隨機折斷的原因一般不是受力作用產(chǎn)生的，而是由于輪齒材料的缺陷，點蝕以及剝落或其他應(yīng)力在截面處產(chǎn)生的巨大壓力，一次造成齒輪的隨機折斷。因此，在生產(chǎn)齒輪的過程時候應(yīng)該采用良好的材料，首先保證齒輪的質(zhì)量，生產(chǎn)之后，也要對齒輪進(jìn)行隨機的檢查，這樣做的目的能夠進(jìn)一步保證齒輪的質(zhì)量。

1.2齒面的損壞

齒輪的齒面也會發(fā)生損壞，其損壞的形式包括齒面疲勞、膠合、磨損、塑性變形等。

1.2.1齒面疲勞

齒面疲勞是由于在齒輪的齒面上存在大量的剪應(yīng)力，因此在大量應(yīng)力的作用下會使得齒面產(chǎn)生一定的裂紋，隨著壓力的不斷增加，會在斷裂面繼續(xù)斷裂，造成齒輪的齒面損傷，由于齒輪的齒面本身狀況以及材質(zhì)的不同，齒面的疲勞損壞也會不同，每一種齒輪都有自己的特點。

1.2.2膠合

膠合是指兩個不同的齒輪在一定的壓力下會產(chǎn)生黏著的現(xiàn)象，隨著齒輪不斷的轉(zhuǎn)動，會使得黏著現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。交合的方式也有很多種，根據(jù)其不同的特點可以分為輕微膠合、中等膠合、破壞性膠合及局部膠合四種類型。

1.2.3磨損

磨損主要是在齒輪相互轉(zhuǎn)動的時候，齒輪之間的相互摩擦，會造成齒輪表面造成由于摩擦而帶來的損耗。磨損根據(jù)摩擦程度的不同可分為輕微磨損、中等磨損、過度磨損、磨粒磨損和腐蝕磨損。

1.2.4塑性變形

在齒輪正常的工作時，由于在摩擦力的作用下，齒輪面的壓力過大，會使得齒輪出現(xiàn)一定的塑形變形，根據(jù)壓力的不同以及塑形變形的程度和形狀，塑性變形可分為碾擊塑變、鱗皺、起脊、壓痕，齒體塑變五種形式。

1.3其他一些原因

造成齒輪損失的原因好多，除了上述的兩種失效方式外，由于材料缺陷，工藝不適以及意外事故等原因，齒輪也會由于損傷而造成其失效。在生產(chǎn)齒輪的時候由于生產(chǎn)工藝的不同，生產(chǎn)者技術(shù)的不同，都會造成齒輪在后期運轉(zhuǎn)中的影響。目前通過遙控閉鎖裝置技術(shù)來解決齒輪操作過程中的產(chǎn)生的損壞，并且取得了明顯的進(jìn)步。

2.齒輪的維修方法

2.1調(diào)整換位法

調(diào)整換位法是變換磨損與為磨損的方位，然后利用沒有磨損的齒面繼續(xù)進(jìn)行工作，這種方法只適用于單向轉(zhuǎn)動的齒輪，單向齒輪單面磨損后能夠使得轉(zhuǎn)動機進(jìn)行修復(fù)。

當(dāng)齒輪受單向力的情況下，并且齒面是單面磨損能夠運用調(diào)整換位法；調(diào)整換位法是最經(jīng)濟(jì)的一種方法，其修復(fù)方式是實現(xiàn)齒輪（或齒圈）的180°翻轉(zhuǎn)。其他齒輪，例如圓錐齒輪或具有正反轉(zhuǎn)的齒輪，一般不能采用此方法。

2.2變位切削法

變位切削法對受到磨損的一對齒輪進(jìn)行切削，對大齒輪進(jìn)行負(fù)位修整，從而去掉被磨損的部位，同是還需要一對新的小齒輪，這對小齒輪需要和大齒輪進(jìn)行相配，才能夠修復(fù)齒輪的性能。

此方法的適用受到一些條件的限制，比如適用于大傳動比、大模數(shù)的齒輪傳動的機械設(shè)備的齒輪，因為其齒輪超限而造成齒輪失效，其修復(fù)方法同上述描述的方法一樣，就是是對大齒輪進(jìn)行負(fù)變位切削，這樣能夠減少材料的損耗，同時減少修復(fù)的時間。

2.3堆焊修復(fù)法

堆焊修復(fù)法是通過對齒輪損壞的部位進(jìn)行堆焊，進(jìn)而填補其磨損的部位，在通過一些修復(fù)方法對齒輪進(jìn)行加工來恢復(fù)其性能。齒輪堆焊一般步驟是：（1）焊前退火（2）焊前清洗（3）施焊（4）焊縫檢查（5）焊后機械加工與熱處理（6）精加工（7）檢查修整。

2.4金屬涂敷法

金屬涂敷法是將金屬粉末以及混合金屬粉末涂敷到受損的齒輪齒面上，然后通過加熱等工序的處理，這樣能夠使齒輪恢復(fù)到原來的尺寸，性能也能恢復(fù)。該法適用于各種齒輪的修復(fù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬涂敷發(fā)的技術(shù)不斷進(jìn)步，隨著涂敷技術(shù)的發(fā)展，其修復(fù)的性能也越來越高。

2.5鑲齒修復(fù)法

此方法主要適用于傳動精度要求較高，并且受載不大的齒輪單個齒折斷。如果齒輪的一些齒連續(xù)破壞，那么可以通過此方法進(jìn)行解決。必要的時候，可以通過可鑲、焊、鉚等方法制作新的齒輪來替換所有輪齒。一般在實際的工程中，大多數(shù)的齒輪維修通過鑲齒的方法進(jìn)行維修，這樣即方便又經(jīng)濟(jì)。

2.6真空擴(kuò)散焊修法

真空擴(kuò)散焊是利用表面的原子，在高溫和顯著的塑形變形的條件下來結(jié)合被磨損的齒面，使得齒面百年的緊密牢固。擴(kuò)散焊接的最大特點是，它所使用的零件具有能夠承載靜載和交變負(fù)載下的高強度，所以基本不會受韓潔麗的影響而產(chǎn)生變形。

3.結(jié)語

本文通過對齒輪失效常見的原因進(jìn)行了分析，提出了一些齒輪維修的方法。齒輪是機械設(shè)備的核心部件，它的運行效率以及設(shè)計水平關(guān)系到整個機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。因此，要不斷的研究齒輪的工作原理，保證齒輪的正常運轉(zhuǎn)，才能保證企業(yè)的效益。

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