機(jī)械傳動齒輪失效成因及相關(guān)對策探討

衡芳芳

徐州徐工傳動科技有限公司，中國·江蘇 徐州 221000

1 引言

工業(yè)的發(fā)展需要零部件作為支撐，而這些零部件一般具有規(guī)模性和精密性等特點，為了保證零部件的運轉(zhuǎn)，往往運用大量的齒輪進(jìn)行動能的傳遞。齒輪是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機(jī)械零件，通過與其他齒狀機(jī)械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現(xiàn)改變轉(zhuǎn)速與扭矩、改變運動方向和改變運動形式等功能。齒輪在機(jī)械運動過程中的作用不言而喻，但由于齒輪的功能是改變力的方向和進(jìn)行動能的傳遞，就會在運行過程中承受很大的壓力，導(dǎo)致齒輪的磨損、變形等，影響功能的發(fā)揮，進(jìn)而導(dǎo)致齒輪失效。這就會導(dǎo)致機(jī)械運動出現(xiàn)問題，影響工業(yè)的發(fā)展。這就要求相關(guān)人員對齒輪失效的原因進(jìn)行研究，在整個工作流程中對其進(jìn)行監(jiān)督，并通過相關(guān)對策對齒輪問題進(jìn)行治理，從而保證齒輪功能的正常發(fā)揮，促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

2 機(jī)械傳動齒輪概述

2.1 機(jī)械傳動

在工業(yè)的發(fā)展過程中，需要各種設(shè)備才能進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，而相關(guān)設(shè)備是由多種零件共同構(gòu)成，要想保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，就需要進(jìn)行動能的傳遞。機(jī)械傳動就是動能傳遞的主要方式，機(jī)械傳動在機(jī)械工程中應(yīng)用非常廣泛，主要是指利用機(jī)械方式傳遞動力和運動的傳動。分為兩類：一是靠機(jī)件間的摩擦力傳遞動力的摩擦傳動；二是靠主動件與從動件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動力或運動的嚙合傳動。通過機(jī)械傳動，能夠很好地將動能傳遞到需要的位置，從而保證工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行[1]。

2.2 齒輪

齒輪是輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運動和動力的機(jī)械元件，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，發(fā)揮著改變受力方向和傳遞動能的功能[2]。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于傳動效率高，傳動比十分精準(zhǔn)，而且能夠支撐較大范圍力的傳遞，在工業(yè)中的適用范圍極其廣，也是機(jī)械傳動最主要的應(yīng)用方式。齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等進(jìn)行分類，所以齒輪的類型十分復(fù)雜，種類較多。其制造水平、選材等都會直接影響到工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，對工業(yè)來說十分重要。2011—2018年中國齒輪產(chǎn)量數(shù)據(jù)圖如圖1所示。

圖1 2011—2018年中國齒輪產(chǎn)量數(shù)據(jù)圖

3 機(jī)械傳動齒輪失效的原因

在此輪工作的過程中，由于承受的壓力較大，很容易發(fā)生損害，對工業(yè)造成很大的影響。造成齒輪失效的原因有很多，有人為方面的原因，也有設(shè)備方面的問題。對齒輪失效原因進(jìn)行診斷和了解，是保證機(jī)械設(shè)備正常運行，促進(jìn)工業(yè)發(fā)展的重要前提。相關(guān)人員就需要利用解析模型、信號處理以及知識處理等手段，對齒輪失效原因進(jìn)行分析。

3.1 設(shè)計和選材的原因

在進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)的過程中，需要各種設(shè)備協(xié)同生產(chǎn)，這就造成了設(shè)備種類較多，相應(yīng)地，在進(jìn)行齒輪的選擇時，就需要根據(jù)機(jī)械設(shè)備的種類以及設(shè)備不同部位進(jìn)行選擇和設(shè)計，以滿足設(shè)備功能的需要。但在齒輪的設(shè)計和選材環(huán)節(jié)，相關(guān)人員沒有做到針對性地選材和設(shè)計，造成齒輪失效。另一方面，齒輪在工作的過程中，還會受到環(huán)境因素的影響，齒輪并非處于封閉狀態(tài)，而是長期暴露在空氣中，這就導(dǎo)致齒輪很容易就會受到各種自然環(huán)境等外在因素的干擾。然而在設(shè)計和選材環(huán)節(jié)，相關(guān)人員只注重齒輪的功能，卻忽視了環(huán)境會對齒輪造成的影響，材料選擇和設(shè)計出現(xiàn)問題，進(jìn)而造成齒面磨損或是斷齒等現(xiàn)象，造成失效。

在齒輪的設(shè)計和選材環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)齒輪應(yīng)用的條件進(jìn)行選擇材料、熱處理要求、加工精度要求。例如，在一些結(jié)構(gòu)空間限制條件下傳遞的扭矩較大，則需要針對性的選材和設(shè)計。在設(shè)計和選材環(huán)節(jié)，設(shè)計人員還應(yīng)該關(guān)注齒輪的潤滑，關(guān)注潤滑油的品質(zhì)，關(guān)注保養(yǎng)周期，避免造成齒輪失效。

3.2 制造工藝的原因

在影響齒輪質(zhì)量，造成齒輪失效的原因中，齒輪地制造工藝也是一個重要原因。良好的制造工藝能夠保證齒輪的整體質(zhì)量，延長齒輪使用壽命；相反，劣質(zhì)的工藝就會嚴(yán)重影響齒輪的質(zhì)量，進(jìn)而造成齒輪失效。在現(xiàn)代齒輪市場中，部分齒輪制造工藝存在問題，在鍛造方面留下了重大缺陷。部分齒輪制造商為了獲取經(jīng)濟(jì)效益以次充好，或者是減少鍛造步驟，造成齒輪質(zhì)量問題[3]。還有部分商家能力不足，不具備制造齒輪的工藝和技術(shù)，生產(chǎn)出大量的殘次品，齒輪經(jīng)常出現(xiàn)規(guī)格不達(dá)標(biāo)或者是質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題。這樣一來，在齒輪工作過程中，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的齒面點蝕和齒面膠合等情況，甚至造成齒面斷裂，造成齒輪失效。

3.3 人員操作技術(shù)水平不足

齒輪作為一種傳遞動能的零件，具備較強(qiáng)的精密性，要想保證齒輪功能的正?；l(fā)揮，就需要按照相關(guān)操作規(guī)范和步驟進(jìn)行操作，否則很容易由于人為的失誤造成齒輪失效。但是在現(xiàn)有的安裝和使用過程中，部分操作人員水平不足，對相關(guān)技術(shù)不了解，在進(jìn)行零件的安裝和操作過程中沒有根據(jù)相關(guān)流程和規(guī)范進(jìn)行安裝，就導(dǎo)致在安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，造成齒輪失效。

3.4 后期維護(hù)保養(yǎng)不力

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，齒輪作為動能傳遞的重要零件，在工作中長期處于運行狀態(tài)，這就導(dǎo)致齒輪需要長時間高負(fù)荷的運作，很容易出現(xiàn)問題。而且齒輪是依靠摩擦和嚙合進(jìn)行傳動，如果在接觸環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會嚴(yán)重影響齒輪的功能。但是在現(xiàn)階段的維護(hù)方面，相關(guān)人員卻忽視了對齒輪的維護(hù)，如缺少潤滑，造成齒輪的老化和破損，進(jìn)而影響齒輪功能的發(fā)揮。齒輪構(gòu)造示意圖如圖2所示。

圖2 齒輪構(gòu)造示意圖

4 治理機(jī)械傳動齒輪失效的對策

4.1 強(qiáng)化先期策劃

齒輪設(shè)計和選材等方面的問題對齒輪造成了重要影響，相關(guān)人員要想保證齒輪的質(zhì)量，這就需要從設(shè)計和選材方面入手。在設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員要根據(jù)齒輪的應(yīng)用機(jī)械、應(yīng)用部位以及應(yīng)用功能等方面的信息，合理地進(jìn)行齒輪設(shè)計，并根據(jù)相關(guān)齒輪的工作環(huán)境和可能遭受的影響，選擇抵抗力較強(qiáng)的材料作為齒輪的原料。例如，在荷載能力需求較高的設(shè)備方面，齒輪的材質(zhì)就需要選擇低碳合金或者是滲碳鋼等材料，這些材料生產(chǎn)出的齒輪具有極強(qiáng)的緊密度和抗壓能力，能夠保證齒輪具有更好的承載能力[4]。

4.2 頒布政策法規(guī)，規(guī)范市場

齒輪作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要零件，在社會各方面均有應(yīng)用，需求量巨大，也就造成了市場競爭的激烈。一些企業(yè)就會鋌而走險，以次充好，生產(chǎn)出大量劣質(zhì)齒輪。這就需要政府和相關(guān)部門加強(qiáng)立法，對齒輪的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，依靠法律的強(qiáng)制性對市場進(jìn)行整理。

4.3 提升操作人員的水平

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，工作人員的技術(shù)水平對產(chǎn)品質(zhì)量有重要的影響，同樣也對齒輪功能有很大的影響。相關(guān)企業(yè)就應(yīng)該加強(qiáng)對工作的控制，從兩個方面治理齒輪失效。一方面是要從規(guī)定入手，嚴(yán)格規(guī)范工作人員的操作流程，在齒輪安裝和使用過程中按照相關(guān)流程進(jìn)行操作，這樣就能避免失誤。另一方面，應(yīng)該加強(qiáng)相關(guān)技能知識的培訓(xùn)，讓工作人員了解到機(jī)械的操作技巧，這樣一來，就能避免因操作失誤造成的齒輪失效。

4.4 加強(qiáng)后期維護(hù)

在齒輪的使用過程中，其在工作時間內(nèi)會承受很大的壓力，要想保證齒輪的質(zhì)量，延長其使用壽命，就需要對其進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)。相關(guān)企業(yè)應(yīng)該設(shè)置專業(yè)的檢修人員，負(fù)責(zé)在齒輪的工作時間外檢查其磨損程度，并定期涂抹潤滑油。一方面，在進(jìn)行維護(hù)的環(huán)節(jié)，要根據(jù)不同的齒輪類型選擇不同種類的潤滑油，在涂抹的過程中要保證潤滑液體在齒輪上形成一層保護(hù)膜，這樣才能降低齒輪的磨損。另一方面，在檢查過程中發(fā)現(xiàn)齒輪有磨損現(xiàn)象，就要對其進(jìn)行更換，這樣才能保證整個機(jī)械的正常運轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

在工業(yè)的發(fā)展過程中需要機(jī)械傳動進(jìn)行動能的傳遞，齒輪作為機(jī)械傳動的主要工具，很容易受到破壞，造成齒輪失效。這就需要相關(guān)人員在了解失效原因之后，通過事先控制、規(guī)范市場、提升人員水平以及后期維護(hù)等方法，保證齒輪的質(zhì)量，避免其失效。