機械傳動齒輪失效及其控制措施研究

雷輝

摘 要 在當今社會機械制造業(yè)快速發(fā)展的背景下，我國各行業(yè)應(yīng)用機械齒輪的情況越來越多。本文通過描寫機械傳動齒輪的失效形式和機械傳動齒輪失效的控制措施這兩方面，對避免齒輪失效問題，保證機械設(shè)備的穩(wěn)定運行進行簡要說明，希望能夠給讀者帶來啟發(fā)。

關(guān)鍵詞 機械傳動齒輪;正常磨損;控制措施

引言

傳動齒輪是維持機械穩(wěn)定運行的重要組成部分，因其傳動效率高、穩(wěn)定性好，在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于在機械的實際運行過程中受到各種因素的影響，會發(fā)生齒輪傳動失效的情況，為保證機械的正常運轉(zhuǎn)，就需要工作人員嚴格遵循機械設(shè)備的使用規(guī)定，避免齒輪失效問題的發(fā)生。

1 機械傳動齒輪的失效形式

1.1 齒輪磨損

（1）正常磨損。齒輪的正常磨損指的是，機械在長期工作過程中齒輪與金屬表面相互接觸所產(chǎn)生的自然磨損現(xiàn)象。正常磨損依據(jù)磨損的程度，通常被分為初期磨損、中期磨損和后期磨損。一般齒輪在出廠時，生產(chǎn)廠家會提供給消費者其正常使用年限，這個年限通常是指齒輪從完好到初期磨損所經(jīng)歷的時間，齒輪在的使用期限內(nèi)不會影響機械的工作情況，但超出使用年限以后，齒輪在工作過程中就可能出現(xiàn)震動、升溫等現(xiàn)象，影響機械的工作狀態(tài)。

（2）破壞性磨損。區(qū)別于正常磨損，破壞性磨損通常是由于外部因素對齒輪造成磨損性侵害的現(xiàn)象，往往會嚴重影響齒輪的正常使用，具有較大的危害性，主要包括磨料性磨損和腐蝕性磨損兩種情況。其中造成磨料性磨損的原因是齒輪在進行嚙合工作中，受到由齒輪箱內(nèi)外的雜物、鑄造遺留的顆粒、環(huán)境中的粉塵等細小顆粒的影響，形成的非正常磨損。而腐蝕性磨損主要是因為齒輪嚙合過程中與如潤滑油污染一類的周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所造成的非正常磨損。

1.2 齒輪膠合

齒輪膠合的產(chǎn)生原因是，齒輪長期處于高負荷運轉(zhuǎn)過程中共軛接觸面收到重力載荷的影響，破壞了潤滑油油膜，導(dǎo)致齒輪與其嚙合接觸面的材料之間發(fā)生摩擦產(chǎn)生高溫，使齒輪齒面直接與接觸材料粘焊到一起的現(xiàn)象。

1.3 齒輪塑性變形

齒輪塑性變形指的是，齒輪在低速、重載的情況下，收到齒面應(yīng)力和化工摩擦力的共同影響，致使齒面材料發(fā)生塑性流動的現(xiàn)象。由于滑動方向與變形方向一致，彼此處于平行狀態(tài)，而滑動摩擦力通過主動齒輪，其方向與節(jié)線方向相反。主動齒輪的齒面塑性變形是在節(jié)線周圍生成溝谷，齒頂構(gòu)成飛邊，而從動輪與主動輪狀態(tài)相反。

1.4 齒輪折斷

齒輪折斷主要分為疲勞性折斷和過載折斷。其中疲勞性折斷指的是，齒輪在傳動過程中，受到的重力載荷比較大，超出了彎曲應(yīng)力的承受范圍，在持續(xù)一段時間后，齒根圓角區(qū)域產(chǎn)生裂縫，隨著應(yīng)力的不斷增加，縫隙也在不斷擴大，最終導(dǎo)致折斷的現(xiàn)象。而過載折斷指的是，在齒輪運轉(zhuǎn)過程中受到過載和沖擊載荷的作用、安裝精確性低等因素的影響，使得齒輪局部受載過大，造成折斷的現(xiàn)象，與疲勞折斷相比，過載折斷齒輪的斷口位置并不固定，而且斷面比較粗糙。

1.5 齒輪疲勞點蝕

齒輪疲勞點蝕的產(chǎn)生原因為，齒輪在運行過程中，會受到交變應(yīng)力的影響，當應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)超過齒輪的極限值時，其齒面會出現(xiàn)微小的疲勞性裂痕，潤滑油會隨著齒輪的運轉(zhuǎn)進入到裂痕中，當齒輪受到擠壓作用的影響，裂縫中潤滑油的油壓會隨之增大導(dǎo)致裂縫拓展，使得齒輪齒面的小金屬塊剝落，造成齒輪失效。

2 機械傳動齒輪失效的控制措施

2.1 優(yōu)化齒輪的材料選擇

為保障機械傳動齒輪的正常使用，在材料選擇方面，需要參考機械對齒輪工藝性能、韌性強度等方面的需求，以及工作環(huán)境和實際的生產(chǎn)技術(shù)需要，選擇合適的配比材料。例如，Ni—Cr—Mo和Ni—Cr合金滲透鋼，就可以作為承受荷載較大的機械齒輪材料;而Ni—Mo鋼可以作為小功率的機械齒輪材料。這幾種鋼材都是含碳量比較低的材料，具有較高的耐磨性和淬透性。

2.2 優(yōu)化齒輪的設(shè)計方案

一般情況下齒輪的設(shè)計需要經(jīng)過強度計算、摩擦力計算、驗證極限荷載值、檢驗材料硬度、潤滑參數(shù)等步驟。在實際的優(yōu)化過程中需按照相關(guān)規(guī)定利用CAD一類的設(shè)計軟件對齒輪的整體結(jié)構(gòu)進行改進，從而達到優(yōu)化的目的。以采煤機械傳動齒輪為例，在不改變原有形態(tài)的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計，可以對其耐久強度等級進行提升，使其極限強度增加到1600MPa，抗扭彎曲強度達到1300MPa.

2.3 優(yōu)化齒輪的加工工藝

為使齒輪能夠滿足實際需要，在進行加工設(shè)計的過程中，需要將精、粗兩種齒輪分離開，先用滾刀對其進行粗加工，之后用再進行精滾，來保證進給量在規(guī)定范圍內(nèi)。通常情況下，進給量需控制在0左右，精滾后的誤差小于0.03mm，加工的精度在9級以上，粗糙程度滿足設(shè)計標準。為了保證齒輪表面的粗糙度，可以在磨齒后對其進行振動拋光或電拋光，利用齒形修緣、齒面修形及圓弧齒等技術(shù)，降低或消除嚙齒偏載和干涉，增加齒輪的彈性柔韌度[1]。

2.4 優(yōu)化齒輪熱處理工藝

機械傳動齒輪的其承載力的大小，受到其表面硬度、表層剪切強度性和剪切應(yīng)力比值的影響。研究表明，為保證齒輪的承載力滿足機械運行的要求，需要使表層剪切強度性和剪切應(yīng)力的比值小于0.55。為了達到這一目標，再進行齒輪的加工過程中，需要對其進行硬化處理，通常情況下，碳淬火處理是較為常用的硬化處理方式，可以提升齒輪硬化層的深度。

2.5 優(yōu)化齒輪的潤滑工藝

潤滑工藝與機械齒輪的磨損性緊密相關(guān)，因此為避免齒輪失效的情況，需要對潤滑工藝加以優(yōu)化。比方說，大部分的低速重載性齒輪觸動應(yīng)力比較大，在實際加工制造過程中，需要選擇合適的齒輪接觸面材料，材料需要有良好的彈性指標。由于在齒輪的契合加工過程中，其起點位置的運動狀態(tài)與其他位置明顯不同，其他位置運動過程為滾滑式運動，因此在齒輪的潤滑相關(guān)參數(shù)的設(shè)計過程中，需要考慮彈性流體的動力性潤滑理論，保證參數(shù)的科學(xué)合理[2]。

3 結(jié)束語

結(jié)合現(xiàn)階段機械故障率比較高的現(xiàn)狀，本文對機械傳動齒輪失效及其控制措施進行了探究，并制定了合理的應(yīng)對措施，以期保障機械的穩(wěn)定運行，進一步提升國家現(xiàn)代化的生產(chǎn)力水平。

參考文獻

[1] 汪淑艷，鐘慶海.關(guān)于機械傳動齒輪失效問題的探討[J].內(nèi)燃機與配件，2019，（9）：128-129.

[2] 曹延軍，于力，毛繼哲，等.機械傳動齒輪失效問題及改進研究[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2019，27（31）：38，33.