對機械結構設計之中抗磨損的改造手段分析

李利軍

摘要：在機械結構運行過程中，磨損是一個常見且危害較大的問題，如降低安全系數(shù)、運轉(zhuǎn)性能以及生產(chǎn)質(zhì)量等，所以，針對機械結構設計之中抗磨損問題予以探討，并提出相應的改造手段便顯得尤為重要了。

關鍵詞：機械結構設計；抗磨損；改造手段

1.抗磨損改造的意義

在現(xiàn)代生產(chǎn)活動中，機械自動化的應用日益廣泛，且發(fā)揮出了相當重要的作用。在機械結構運行過程中，磨損是一個常見且危害較大問題[1]，將會給成套設備的正常運行帶來十分不利的影響，因而采取相應的抗磨損方法便顯得尤為必要了。

對于機械設備而言，傳動結構屬于至關重要的核心組成部分，擔負著動能有效傳輸?shù)闹厝?，發(fā)揮著支持結構運轉(zhuǎn)的作用。磨損是機械設備運行過程中的一個常見問題，所以，在傳動結構設計過程中，應基于抗磨損改造的目的，制定相應的優(yōu)化設計方案。這關系到整套機械設備的安全運行和高效運行。本文將選取傳動結構設計之中抗磨的損改造手段展開深入的探討。

2.傳動結構磨損導致的不良后果

降低安全系數(shù)。零配件磨損，可能導致突然性的脆裂，讓機械設備在極短時間內(nèi)發(fā)生故障，使動力傳輸秩序陷入癱瘓。如磨損導致鏈條斷裂，那么飛出的鏈條將會危及人員及設備的安全；降低運轉(zhuǎn)性能。傳動結構受到嚴重磨損，將很難或者無法實現(xiàn)對動力的有效調(diào)控，如此一來，導致設備無法正常接收操作人員的指令，運轉(zhuǎn)性能也就無從談起了；降低生產(chǎn)質(zhì)量。當傳動結構出現(xiàn)磨損事故時，將會導致零配件正常工藝流程難以繼續(xù)，有可能降低零配件的質(zhì)量，還有可能降低整條產(chǎn)線的生產(chǎn)效率[2]。

3.抗磨損改造

3.1.鏈傳動的抗磨損設計

鏈條和鏈輪是鏈傳動的兩大關鍵構件，通過鏈條可以將主動鏈輪所具有的動力有效傳遞給從動齒輪，其結構如圖1所示。在鏈傳動結構中，由于選擇兩個鏈輪作為受力載體，因而鏈輪的狀態(tài)較為固定，傳動時通常不會發(fā)生松動或者位移等不良問題。值得一提的是，鏈傳動具有一定的磨損率，噪聲偏大，振動較強，在高速傳動過程中有可能發(fā)生突然斷裂的問題。對鏈傳動進行抗磨損設計時，通常從鏈輪齒數(shù)、鏈條節(jié)距、中心距和鏈長的改造入手。

3.1.1.鏈輪齒數(shù)

在確定齒數(shù)時，通常采用兩種辦法，一種是根據(jù)鏈傳動所承擔的荷載大小，另一種是結合鏈輪型號規(guī)定。大鏈輪，齒數(shù)相對偏少，從而為鏈條、齒輪的配合提供便利；小鏈輪，齒數(shù)相對偏多，一方面能夠保證鏈傳動的平穩(wěn)性，另一方面能夠降低鏈傳動的動荷載。在抗磨損設計中，鏈條節(jié)數(shù)通常選擇偶數(shù)，同時不采用過渡接頭的組裝方式。為提高磨損均勻性，保證使用壽命滿足設計要求，建議鏈輪齒數(shù)、鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)[3]。

3.1.2.鏈條節(jié)距

理論研究發(fā)現(xiàn)，在鏈傳動中，隨著節(jié)距的增大，整個傳動結構將具有更為優(yōu)異的荷載承擔性能。然而實際情況卻并非如此，隨著節(jié)距的增大，鏈輪將承受更大的沖擊力，這將會給鏈傳動構件帶來更為嚴重的損耗。所以，在設計過程中，應盡量選擇那些具有較小節(jié)距的鏈，尤其是重載狀態(tài)下，小節(jié)距多排鏈的實際應用效果通常明顯優(yōu)于大節(jié)距單排鏈。

3.1.3.中心距及鏈長

機械傳動的運行效率、鏈條和鏈輪相互間的摩擦力，主要取決于兩點，一是鏈傳動結構的中心距，二是鏈傳動結構的鏈條長度，所以，在設計過程中，要重視并做好中心距、鏈長的合理控制，通常遵循“a=（30-50）p，最大中心距≤80p[4]”的原則來選擇和確認中心距。鏈條長度通常使用鏈節(jié)數(shù)進行表示。根據(jù)帶傳動中求取帶長的公式，可計算出所需的鏈節(jié)數(shù)，不僅要取整數(shù)，而且建議取偶數(shù)。

3.2.齒輪傳動的抗磨損設計

在機械設備中，齒輪傳動屬于一種最為常見的傳動結構，其傳動機理是，兩個齒輪的輪齒發(fā)生嚙合作用，從而實現(xiàn)對動力及運動的有效傳遞。一個獨立、完整的齒輪傳動結構由兩個直徑不同的齒輪構成（詳見圖2），其重要參數(shù)主要包括：輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓等。齒輪傳動結構運行過程中，有可能出現(xiàn)嚴重的磨損問題，將會給設備的操控性能帶來不利影響，還會導致設備難以正常運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)階段，齒輪傳動結構主要分為兩種，一種是閉式傳動，另一種是開式傳動，因而在抗磨損設計的過程中，應結合具體情況采取相應的措施。

3.2.1.閉式齒輪傳動

傳動過程中，兩齒輪由于存在表面接觸，因而有摩擦力的生成，部分機械能將會被轉(zhuǎn)化為熱能，將會大幅提高齒輪表面溫度，從而導致齒輪發(fā)生磨損。對閉式齒輪傳動結構進行抗磨損設計時，應將改造重點放在如何提高齒輪本身的抗疲勞強度，從而保證齒輪在實際運行過程中能夠具有理想的強度性能。如選用具有較高強度的金屬制作材料，從而賦予齒根具有良好的抗疲勞強度，不會由于受熱而發(fā)生彎曲；若兩齒輪全部屬于硬齒面，且二者硬度一致時，則需要根據(jù)實際情況來進行抗磨損設計。

3.2.2.開式齒輪傳動

對于開式齒輪傳動結構而言，其抗磨損改造的重點在于如何提高齒根彎曲疲勞強度，從而實現(xiàn)有效削弱磨損危害的目的。如結合機械設備的具體作業(yè)荷載、運行規(guī)模，根據(jù)實際需要對理論求得的模數(shù)予以適當增大，從而達到有效延長該類結構使用壽命的目的。另外，還可根據(jù)該類結構的特點設計相應的潤滑結構，并為之配備合適的潤滑油，從而有效削弱運行環(huán)節(jié)的磨損程度，也可對制作材料進行事先熱化處理以有效減小齒輪表面的粗糙度[5]。

4.結束語

針對傳統(tǒng)機械結構予以相應改造，能夠明顯提高機械的安全系數(shù)、運轉(zhuǎn)性能以及生產(chǎn)質(zhì)量等。對于機械傳動結構而言，抗磨損設計屬于常見的、典型的改造手段，因而設計人員有必要結合機械傳動結構本身的性能和特點，充分做好抗磨損結構的優(yōu)化改造工作。

參考文獻：

[1]孫中巨，程洪飛. 淺談煤礦機械磨損及減小煤礦機械磨損的方法[J]. 山東煤炭科技，2013，01：253+255.

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[3]姜騰. 簡論煤礦機械磨損失效的原因及應對措施[J]. 山西青年，2013，20：223.

[4]劉廣平. 工程機械磨損失效分析和抗磨措施[J]. 農(nóng)業(yè)技術與裝備，2010，04：7-8.

[5]李珍. 工程機械設備早期磨損的保養(yǎng)和維修[J]. 科技與企業(yè)，2013，21：31.