機(jī)械齒輪斷齒的原因探究

敖祥 徐崠瑀

摘要：實(shí)際上，在進(jìn)行煤礦建設(shè)工作時(shí)，相關(guān)機(jī)械設(shè)備長期處于工作狀態(tài)，承受的壓力非常大，所以機(jī)械齒輪經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的問題，包括機(jī)械疲勞問題、齒面腐蝕問題、機(jī)械輪齒開裂問題、機(jī)械零件變形問題等。由此可見，想要保證煤礦建設(shè)工作的順利進(jìn)行，就一定要積極研究影響機(jī)械齒輪斷齒的因素，探索有效的防治方案。本篇文章就將深入研究機(jī)械齒輪斷齒的主要原因，以及預(yù)防機(jī)械齒輪斷齒的有效措施，希望能夠給相關(guān)工作者一些啟迪和幫助。

關(guān)鍵詞：采礦工作;機(jī)械設(shè)備;齒輪斷齒;具體方案

中圖分類號(hào)：TH1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）07-0186-02

0 ?引言

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，大家對(duì)煤炭行業(yè)的發(fā)展要求越來越高。煤炭作為工業(yè)發(fā)展中非常重要的資源能源，相關(guān)開采工作受到了大家的廣泛關(guān)注。目前來看，國內(nèi)的露天煤礦非常少，主要的煤礦資源集中在地下，所以煤礦工作基本上都是需要在地下完成的。和進(jìn)行其它建設(shè)工作的機(jī)械設(shè)備比較而言，煤礦機(jī)械的工作環(huán)境更為惡劣，地下包含非常多的粉塵、噪音、水汽以及大量的酸性有害惡劣的氣體或液體，機(jī)械在運(yùn)行過程中需要承受很多環(huán)境壓力。在整個(gè)煤礦機(jī)械設(shè)備當(dāng)中，最常見的零件就是機(jī)械齒輪，機(jī)械齒輪經(jīng)常處在長時(shí)間的工作狀態(tài)當(dāng)中，一直承受較大的工作壓力和環(huán)境壓力，所以時(shí)常會(huì)出現(xiàn)各種故障，尤其是齒輪斷齒問題。這些齒輪故障問題維修難度非常大，直接影響整個(gè)礦產(chǎn)開采工作的順利進(jìn)行。因此，必須要積極研究導(dǎo)致煤礦機(jī)械設(shè)備失靈的原因，應(yīng)用有效的預(yù)防措施，確保機(jī)械設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，相關(guān)工作能夠順利進(jìn)行。

1 ?分析研究機(jī)械齒輪斷齒的主要原因

機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程當(dāng)中不可避免的會(huì)出現(xiàn)機(jī)械齒輪斷齒問題，一般來講，經(jīng)常出現(xiàn)問題的齒輪都是處在工作傳動(dòng)體系中的重載齒輪，整個(gè)齒輪承受的壓力比較大，工作量非常多。例如掘進(jìn)機(jī)載割部減速器中的末級(jí)齒輪就經(jīng)常出現(xiàn)斷齒問題。此類齒輪在工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中扭矩非常大，經(jīng)常會(huì)經(jīng)受各種各樣的超強(qiáng)壓力沖擊，所以齒輪的齒根處經(jīng)常會(huì)承受較強(qiáng)的集中力，長時(shí)間的壓力影響下，齒輪根部很容易出現(xiàn)斷齒問題。另外，伴隨著齒輪承受的彎曲應(yīng)力越來越大，齒輪的使用年限就會(huì)逐漸減少。正因如此，積極探索和應(yīng)用減少斷齒承受彎曲應(yīng)力的方法，能夠在一定程度上增加齒輪的使用年限，有效防止機(jī)械齒輪的斷齒問題。根據(jù)實(shí)際工作情況分析，導(dǎo)致機(jī)械齒輪出現(xiàn)斷齒問題的因素非常多，主要影響因素有三點(diǎn)，具體的情況如下。

1.1 出現(xiàn)疲勞斷齒問題的原因 ?實(shí)際上，所謂的疲勞斷齒問題就是機(jī)械齒輪出現(xiàn)折斷現(xiàn)象，而且整個(gè)直齒輪會(huì)根據(jù)機(jī)械齒的順延方向出現(xiàn)斷裂問題，一旦機(jī)械齒輪的面積較大，那么機(jī)械齒輪的端部就會(huì)出現(xiàn)折斷問題。一般來講，在荷載作用力的直接影響下，機(jī)械斜齒很容易出現(xiàn)傾斜開裂問題。疲勞斷齒現(xiàn)象則是產(chǎn)生下凹的開裂曲線，用于整體淬火工作的機(jī)械上的齒輪經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這一問題?；蛘弋a(chǎn)生下凹臺(tái)階形的開裂曲線，這一現(xiàn)象則是因?yàn)楸砻嫜趸幚矶斐傻?。這兩類疲勞斷齒問題一旦出現(xiàn)，工作人員能夠明確開裂的具體位置，觀察到齒輪斷齒的具體過程。而機(jī)械齒輪之所以會(huì)出現(xiàn)疲勞斷齒問題，最主要的影響因素則是承受的作用壓力，齒輪長期處在工作運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中，如果齒根處彎曲應(yīng)力超過了齒輪的承受能力，那么就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的疲勞，損傷問題。長此以往，齒輪根部一定會(huì)因?yàn)槔栴}出現(xiàn)疲勞損傷，裂紋會(huì)隨著時(shí)間的增加而加長或加深，直到最后徹底斷裂，機(jī)械設(shè)備不再運(yùn)轉(zhuǎn)。

具體來講，可以將疲勞斷齒問題分為兩種類型，一種是低周疲勞斷齒問題，另一種則是高周疲勞斷齒問題。低周疲勞斷齒問題很常見，因?yàn)闄C(jī)械齒輪在彎曲應(yīng)力影響下，始終處在循環(huán)工作當(dāng)中，所以會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。另外，機(jī)械齒輪在承受壓力的過程當(dāng)中，前期齒輪內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)一定的損傷，在承受彎曲應(yīng)力的過程當(dāng)中，齒輪內(nèi)部的承受能力會(huì)逐漸發(fā)生變化，隨著齒輪的工作時(shí)間越來越長，齒輪原材料的彈性就會(huì)越來越差，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的變形問題，并且逐漸出現(xiàn)裂紋，長此以往就會(huì)形成嚴(yán)重的低周疲勞斷裂面?？偠灾?，導(dǎo)致機(jī)械齒輪出現(xiàn)低周疲勞斷齒問題的因素非常多，齒輪的荷載力情況以及機(jī)械設(shè)施材料的品質(zhì)都是重要的影響因素。而出現(xiàn)高周疲勞齒輪斷齒問題則是因?yàn)辇X輪遭受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)比其實(shí)際承受能力多，機(jī)械齒輪的根部位置承受的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其實(shí)際的承受能力。一般來講，這種問題不會(huì)在工作初期顯現(xiàn)出來，而隨著齒輪使用時(shí)間的增加，潛在的積累損失越來越嚴(yán)重，長期經(jīng)受循環(huán)載荷力的影響，機(jī)械齒輪自然會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中影響產(chǎn)生損傷，如果應(yīng)力循環(huán)次數(shù)過多，那么在機(jī)械齒輪根部位置則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的裂紋，進(jìn)而出現(xiàn)高周疲勞斷齒問題。具體來講，如果整個(gè)機(jī)械工作環(huán)境比較平穩(wěn)、載荷應(yīng)力變化不大而且齒輪品質(zhì)較高，那么機(jī)械齒輪就會(huì)在長期運(yùn)轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中出現(xiàn)高周疲勞斷齒問題。

1.2 出現(xiàn)靜力斷齒問題的原因 ?在進(jìn)行礦山采掘工作時(shí)，實(shí)際的工作環(huán)境非常差，工作設(shè)備不完善，所以采掘機(jī)械設(shè)備上的齒輪經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)靜力斷齒問題。出現(xiàn)靜力斷齒問題的原理也非常簡單，就是因?yàn)椴删驒C(jī)械齒輪外部的負(fù)荷突然增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)械齒輪能夠承受的范圍，齒輪出現(xiàn)靜力斷齒問題。具體來講，在進(jìn)行煤礦建設(shè)工作期間，如果采煤機(jī)械不小心碰觸到較為堅(jiān)固的巖石或者其他堅(jiān)固的物品，那么整個(gè)截割工作的阻力就會(huì)在一瞬間增加;如果工作人員不能熟練操作相關(guān)機(jī)械，工作底板的表面不平整，都有可能會(huì)出現(xiàn)采煤機(jī)滾筒截割液壓支架頂梁問題，或者出現(xiàn)采煤工作面刮板輸送機(jī)前面鏟板的問題，這些情況都會(huì)導(dǎo)致截割阻力瞬間增加，進(jìn)而使得采煤機(jī)滾筒承受較大的阻力，無法進(jìn)行正常工作，那么增大截割搖臂中的系統(tǒng)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就會(huì)直接作用到受載齒輪的輪齒上，此刻機(jī)械輪齒承受的壓力和和動(dòng)扭矩就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于截割電機(jī)傳過來的扭矩，在如此大的沖擊力的嚴(yán)重影響下，機(jī)械齒輪的承受能力就會(huì)到達(dá)極限，出現(xiàn)輪齒脆性折斷問題。

1.3 出現(xiàn)偏載斷齒問題的原因 ?實(shí)際上，導(dǎo)致機(jī)械齒輪出現(xiàn)偏載斷齒問題的原因非常多，最主要原因則是載荷不能與接觸線均勻分布而造成的主機(jī)和輔機(jī)保護(hù)誤動(dòng)。具體來講，造成機(jī)械齒輪出現(xiàn)偏載斷齒問題的因素非常多，溫度變化、壓力變化、流量變化或者閥門位置偏差都會(huì)導(dǎo)致這一問題。在采礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中，如果機(jī)械設(shè)備機(jī)殼和軸的剛性比較差，那么就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)偏載斷齒問題。另外，在整個(gè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)體系當(dāng)中，通常會(huì)設(shè)置溫度計(jì)，工作人員可以根據(jù)溫度計(jì)顯示的溫度觀測機(jī)械的工作情況。一旦溫度計(jì)呈現(xiàn)的溫度產(chǎn)生異常情況，那么就很有可能是機(jī)械齒輪出現(xiàn)了偏載斷齒問題。如果齒輪在兩軸之間的偏置時(shí)，那么機(jī)械齒輪遭受的壓力過大，一旦出現(xiàn)變形問題或者操作問題，整個(gè)機(jī)械齒輪的荷載能力就無法達(dá)到工作標(biāo)準(zhǔn)，荷載更是無法同齒輪的接觸線的分布完全一樣，一旦出現(xiàn)偏載問題，那么齒輪的兩軸就會(huì)朝著相反的方向變形，那么整個(gè)齒輪也會(huì)逐漸變形，進(jìn)而出現(xiàn)折斷問題。在進(jìn)行采礦工作時(shí)，采礦機(jī)械設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)偏載斷齒問題，進(jìn)而嚴(yán)重影響整個(gè)工作的進(jìn)程。偏載斷齒對(duì)機(jī)械設(shè)備的影響非常大，兩個(gè)機(jī)械齒輪的表面的承受能力就會(huì)發(fā)生變化，齒輪的右邊位置嚴(yán)重變形，齒輪端部的齒根需要承受較大的彎曲力，偏載后承受的壓力比不偏載時(shí)多達(dá)3到7倍。簡而言之，如果機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)偏載斷齒的問題，那么就將嚴(yán)重影響機(jī)械設(shè)備的正常工作，甚至?xí)拐麄€(gè)設(shè)備受損。由此可見，必須要積極研究出現(xiàn)偏載斷齒的原因，盡可能緩解出現(xiàn)偏載斷齒問題，減少這一問題對(duì)正常工作的影響，提高機(jī)械運(yùn)行的安全性。

2 ?解決采掘機(jī)械齒輪斷齒問題的有效方案

2.1 提前估算機(jī)械齒輪承受的載荷力 ?實(shí)際上，在采掘機(jī)械運(yùn)行的過程當(dāng)中，機(jī)械齒輪承受的載荷力處在不斷變化之中，必須提前估算機(jī)械齒輪承受的載荷能力，才能夠深入研究齒輪承受的強(qiáng)度和具體的使用壽命。目前來講，在工作過程當(dāng)中出現(xiàn)了很多影響齒輪載荷的因素，有些外力因素是無法避免的，所以并未明確有效的計(jì)算方法。在實(shí)際工作過程當(dāng)中，常用的方法有統(tǒng)計(jì)法、類比法或者新型計(jì)算方法，相關(guān)設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際工作情況，進(jìn)一步研發(fā)估算機(jī)械齒輪承受荷載的技術(shù)方案，提高計(jì)算數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，進(jìn)而設(shè)計(jì)出有效防止機(jī)械齒輪斷齒問題的具體方案。

2.2 加強(qiáng)機(jī)械齒輪機(jī)殼和軸的剛性 ?基于機(jī)械齒輪斷齒的原因分析發(fā)現(xiàn)，想要盡可能的避免齒輪出現(xiàn)偏載斷齒問題，就必須不斷加強(qiáng)機(jī)械齒輪機(jī)殼和軸的剛性，在采掘機(jī)械齒輪上安裝鋼機(jī)殼，盡可能不用鑄鐵或者焊接的機(jī)械殼。另外，可以在機(jī)械齒輪機(jī)殼上強(qiáng)筋板，加強(qiáng)軸孔凸臺(tái)，盡可能滿足軸量的實(shí)際需求標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 安裝過載斷齒保護(hù)設(shè)備 ?現(xiàn)有的過載斷齒保護(hù)裝置越來越多，最常見的是剪切保險(xiǎn)銷式的聯(lián)軸器和摩擦片式的連軸離合器，這些裝置的切斷力矩非常大，一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)械齒輪承受的壓力大于其承受能力，那么離合器就會(huì)直接切斷保險(xiǎn)絲，起到保護(hù)相關(guān)零部件的作用，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的斷齒問題。

2.4 積極應(yīng)用變位齒輪 ?想要加大齒輪的彈性，可以不斷適當(dāng)齒輪的模數(shù)。但是，這種方式操作起來具有較大的局限性，一旦在井中進(jìn)行相關(guān)機(jī)械設(shè)備的操作工作，那么整個(gè)空間完全受限制，就不得不減少采掘機(jī)械的尺寸，這也就說明無法增加齒輪的模數(shù)。想要有效解決這一問題，必須要積極應(yīng)用變位齒輪，不斷提高工作的平穩(wěn)性和安全性。

2.5 不斷提高齒輪制造的精準(zhǔn)度和安裝水平 ?一般來講，制造出來的齒輪的接觸精度必須高達(dá)八級(jí)，所以在制作機(jī)械齒輪時(shí)，必須重視齒輪根部的加工工作，根據(jù)制作要求完成磨削工作，確保齒輪承受的應(yīng)力不會(huì)完全集中到一起。在安裝機(jī)械齒輪時(shí)，一定要保證軸承的角度符合安裝要求，留出相映的齒合間隙，減少齒根部承受的彎曲應(yīng)力，進(jìn)而有效防止出現(xiàn)機(jī)械齒輪斷裂問題。

2.6 根據(jù)齒長方向維修機(jī)械齒輪 ?按照齒長方向進(jìn)行鼓形修齒能夠使齒輪側(cè)面沿著齒長方向形成腰鼓形，而且斷齒輪廓也會(huì)漸漸呈現(xiàn)開線形，能夠有效緩解齒輪偏載問題。

2.7 加強(qiáng)施工建設(shè)現(xiàn)場的管理力度，提高管理水平 ?想要有效預(yù)防機(jī)械齒輪斷齒問題，就必須要加強(qiáng)施工建設(shè)現(xiàn)場的管理力度，提高管理水平。第一，提高工作人員的技術(shù)水平和操作能力，確保機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不會(huì)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而出現(xiàn)齒輪斷裂問題。第二，明確每一位工作人員的職責(zé)，及時(shí)清理施工垃圾，保護(hù)施工環(huán)境。第三，要求工作人員及時(shí)檢查和維修采掘機(jī)器，提前做好防御措施，保證工作的順利進(jìn)行。

3 ?結(jié)語

總而言之，機(jī)械設(shè)備在工作當(dāng)中長期承受較大的負(fù)荷量，很容易出現(xiàn)各種各樣的斷齒問題，所以工作人員一定要積極探索出現(xiàn)機(jī)械齒輪斷齒的原因，根據(jù)斷齒原因，探索和應(yīng)用有效的防范措施，保證機(jī)械設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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