齒輪減速機的故障分析及維護保養(yǎng)策略探析

黃培杰

(1.河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067000； 2.河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000)

0 引言

機械設備在現(xiàn)代化的生產(chǎn)生活中發(fā)揮了巨大的作用，齒輪減速機在機械設備傳動系統(tǒng)中扮演著很重要的角色，隨著機械設備各項技術的不斷革新，有效促進了齒輪減速機技術的發(fā)展，使其具備了更高的合理性與可靠性。在機械設備的使用過程中，齒輪減速機也會因為長期運轉而不可避免的出現(xiàn)一些故障問題，使整個機械設備的正常運轉受到不利影響[1]。因此，為了使機械設備能夠正常運轉并為人們的生產(chǎn)和生活提供保障，應加強對設備使用和維護人員的技術技能培訓，重點針對減速機運轉過程中出現(xiàn)的輪齒折斷、軸承抱死和漏油等故障，對可能導致問題的原因進行全面細致的檢察和分析，根據(jù)現(xiàn)場出現(xiàn)的故障特征確定故障位置，做到快速精準的解決故障問題，提升齒輪減速機維修效率，并有效避免故障的再次發(fā)生。

1 齒輪減速機工作原理分析

齒輪減速機屬于一種傳動設備，其在傳動機械結構中多與電動機和內燃機配合使用，由于電動機或內燃機在正常工作狀態(tài)下輸出的轉速很高，若不經(jīng)減速很難直接應用到各種機械裝備上，而通過齒輪減速器的作用，能夠將電動機或內燃機的高轉速輸出轉換成為適宜機具使用的較低轉速，并精準的將動力傳送到相應的工作軸位置。通常情況下，機械的運轉總功率在設計之初就已經(jīng)確定，機械裝備運轉過程其功率始終在額定范圍內，對機具工作狀態(tài)的調整主要應從改變轉速和動力傳遞方向等方面著手，當運轉速度增加時傳動零件所受的扭力將減小，反之，所受到的扭力將增大[2]。在機械技術發(fā)展過程中，很多生產(chǎn)單位根據(jù)轉速與扭力之間的關系原理，在實際的生產(chǎn)中為了達到制造要求，通過降低速度將設備的扭力增大，并將這個技術逐漸應用到齒輪減速機的研制中，減速機降低電動機或內燃機的轉速，不僅獲得合適的轉速，還能得到更大的扭力輸出。

減速機是一種較大轉速輸入同時承受較大扭矩的傳動設備，將減速機與電動機或內燃機可靠連接后，電動機和內燃機工作過程中高轉速、低扭矩的動力傳遞到減速機的齒輪上，通過小齒輪與大齒輪之間的傳動比轉換達到減速的目的。普通減速機由很多對齒輪組成，齒輪的嚙合作用有效保證了動力轉換的效率，并提升了減速機的性能。目前，減速機的應用越來越廣泛且逐步趨于大型化，高速重載條件下對減速機的要求有著高負載能力和高傳動效率的矛盾要求，不僅要求其具備足夠的運載能力，還需要其在高效傳動過程中具有較高的可靠性。要滿足上述要求，不僅需要減速機生產(chǎn)企業(yè)投入更多的資金和技術來開發(fā)新的產(chǎn)品或改良現(xiàn)有產(chǎn)品，還需要機械裝備的操作者和工廠維護人員強化對減速機的技術理解和維修能力提升，以此確保減速機能夠在正常的狀態(tài)下長時間穩(wěn)定的運轉。

2 齒輪減速機的故障分析及維護保養(yǎng)策略

2.1 齒輪輪齒折斷及維護保養(yǎng)

齒輪減速機很容易在實際工作中出現(xiàn)輪齒折斷問題，其故障原因主要有以下兩種，一種是由于器械疲勞折斷，另一種是由于超過承載能力折斷。齒輪正常運轉過程中，由于齒面會反復受到交變載荷作用，長此以往齒輪輪齒的薄弱部位很容易因為機械性疲勞而產(chǎn)生裂紋，若裂紋位置未及時被修復，則會在后續(xù)使用中進一步加深裂紋深度，最終發(fā)生輪齒折斷問題。

輪齒折斷的因素是多方面的，一般減速機輪齒折斷的截面形狀都不對稱，輪齒折斷多發(fā)生在齒根位置，且形狀與疲勞裂紋斷口形狀類似，能夠明顯在斷口位置觀察到疲勞源、光滑的或者貝殼狀的疲勞裂紋發(fā)展區(qū)及粗糙的瞬斷區(qū)。輪齒折斷的發(fā)生多存在隨機性，多為缺陷或者頻繁受殘余應力作用而誘發(fā)，并且如果在減速機的傳動系統(tǒng)中存在夾雜物、細微磨損裂紋或是齒輪熱處理方式不合理，也都會引發(fā)減速機齒輪的局部斷裂。因此，相關人員應結合斷口形態(tài)、部位進行分析，找出造成齒輪斷裂的真正原因，才能結合原因進行有針對性地維修和保養(yǎng)[3]。

一般來說，對于齒輪損壞的問題，應在明確故障原因的前提下進行維修，一方面要改善齒輪傳動的環(huán)境條件，減少齒輪加工或配合缺陷、傳動過程雜質過多等問題，并通過提高齒輪加工的精確性和表面質量減少傳動過程中的應力集中；另一方面考慮選用更優(yōu)質的材質替代損壞的齒輪或采用更合理的熱處理技術改善齒輪加工后的內部應力、表面硬度和輪齒韌性，從而提高齒輪的抗折斷能力。

2.2 齒輪點蝕和剝落問題及維護保養(yǎng)

齒輪減速機輪齒表面點蝕和剝落問題是齒輪損壞的另一個常見問題，在正常的工作狀態(tài)下，減速機的齒輪的表面會或多或少會產(chǎn)生一定的點蝕情況，點蝕問題的存在減弱了輪齒的抗疲勞能力，點蝕問題的進一步發(fā)展則會導致齒面出現(xiàn)剝落問題。齒輪的點蝕和齒面的剝落都與齒輪的工作狀態(tài)存在較大的關聯(lián)[3]。當齒輪的齒面出現(xiàn)點蝕或剝落情況，輪齒表面的金屬材質會以顆?；蛐K的形式脫離，在齒輪的表面產(chǎn)生很多的凹坑，這些凹坑的進一步發(fā)展就很可能造成輪齒表面質量的惡化，最終導致齒輪損壞。對齒輪的點蝕和剝落問題進行分析，對于減速器的長久使用和故障規(guī)避具有顯著作用。

齒輪的點蝕主要有幾個方面的因素影響，首先是與齒輪的材質有關，因為很多齒輪減速器為考慮生產(chǎn)制造的成本，在設計時對齒輪硬度和熱處理工藝的選擇僅能滿足常規(guī)狀態(tài)下的使用要求，齒輪實際工作環(huán)境十分復雜，沒有辦法保證齒輪始終在最合理條件下工作，則會引起點蝕和剝落問題。其次，在齒輪加工和裝配過程中的不合理問題，也可能導致齒輪出現(xiàn)點蝕和剝落問題，例如齒面加工精度不合格會導致齒輪實際嚙合位置不合理，容易造成點蝕問題的產(chǎn)生；若齒輪裝配過程中心距存在誤差，也同樣會因為齒輪實際嚙合位置不合理而產(chǎn)生點蝕和剝落問題，因此提高齒輪的制造和裝配精度也是避免點蝕和剝落問題的有效手段。此外，潤滑油中的金屬雜質過多，也是造成點蝕問題的原因之一，應當注意定期更換潤滑油以保證齒輪傳動的良好工作環(huán)境[4]。

2.3 齒輪減速機的日常維護與保養(yǎng)

齒輪減速機的日常維護和保養(yǎng)工作主要是巡檢人員檢查其有無滲油、檢查箱內液位、潤滑情況各處螺栓是否緊固以及設備運行期間的溫度情況，并且在齒輪減速機運行一段時間后用鉛絲咬入齒輪的嚙合位，測試減速機的磨損情況。

潤滑工作是齒輪減速機最重要的養(yǎng)護工作，齒輪減速機設備的潤滑形式主要有兩種，即油池潤滑和循環(huán)潤滑。無論采用那種潤滑形式，對潤滑油都應做到定期進行檢查和更換，新安裝的齒輪減速機在第一次使用時，在運行10～15天后要及時更換新油，后期每半年更換一次。在日常使用過程中，也要定期對潤滑油的質量進行檢查，做好減速箱的密封保護工作，若在檢測中發(fā)現(xiàn)潤滑油中的灰塵、金屬粉末等超標或潤滑油變質，應及時對潤滑油進行過濾處理，或對其進行徹底更換，不可在潤滑油質量不達標的情況下勉強使用，以免造成嚴重的齒輪磨損問題。

3 結語

總之，齒輪減速機在機械設備的正常運轉中發(fā)揮著十分重要的作用，其在長期的使用過程中發(fā)生故障是在所難免的，因此本文主要針對齒輪減速機可能出現(xiàn)的故障進行分析，闡述其齒輪的輪齒折斷、點蝕、剝落等問題原因，并結合工作實踐，提出了可行的維護和保養(yǎng)措施，以保證齒輪減速機能正常、穩(wěn)定運行。在日常工作中還需要相關工作人員做好齒輪減速機故障的排查和保養(yǎng)工作，以進一步保障齒輪減速機工作效率，為機械生產(chǎn)的高質量實施保駕護航。