開式齒輪點蝕概論

1、前言選用齒輪作為動力傳動的部件，輪齒的損耗不可避免，在齒輪副的長期運(yùn)行中，輪齒表面可能會出現(xiàn)不同類型的損傷形式。在各類損傷形式中，點蝕的出現(xiàn)、擴(kuò)展會導(dǎo)致齒面金屬材料的遺失，并改變齒輪的幾何尺寸，從而影響齒輪副壽命。 對轉(zhuǎn)窯類設(shè)備中廣泛使用的大型開式齒輪，如未根據(jù)輪齒的實際機(jī)加工條件和運(yùn)行工況，采取有針對性的潤滑方案，點蝕的形成和點蝕的后續(xù)擴(kuò)展往往不可避免。針對開式齒輪的運(yùn)行條件提供系列潤滑方案，在保障良好潤滑狀態(tài)、降低齒輪磨損量、延長齒輪壽命的同時，能夠有效杜絕點蝕損傷的發(fā)生，并緩解既有點蝕的擴(kuò)展。一、點蝕的形貌齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受到周期性變化的接觸應(yīng)力作用，當(dāng)接觸應(yīng)力超過材料的接觸疲

2、勞強(qiáng)度時，會在齒輪表面或次表層上產(chǎn)生疲勞裂紋。疲勞裂紋不斷擴(kuò)展、延伸，最終使小塊金屬脫落，形成不同形狀的小凹坑。齒面金屬材料遺失和出現(xiàn)凹坑是齒面疲勞損傷的典型特征。按照ANSI/AGMA1010-E95, 點蝕分為宏觀點蝕和微點蝕兩大類。根據(jù)點蝕坑的形狀和大小，宏觀點蝕可以分為初期點蝕、擴(kuò)展性點蝕、片蝕或剝落。下列圖片顯示了在水泥行業(yè)回轉(zhuǎn)窯、球磨機(jī)和火電廠球磨機(jī)開式齒輪出現(xiàn)的各種點蝕具體形貌。 圖1  球磨機(jī)小齒輪根部的初期點蝕圖2  回轉(zhuǎn)窯小齒輪根部的擴(kuò)展性點蝕圖3  回轉(zhuǎn)窯大齒輪的擴(kuò)展性點蝕 圖4&#

3、160; 球磨機(jī)小齒輪的擴(kuò)展性點蝕 圖5  球磨機(jī)小齒輪上的片蝕圖5  回轉(zhuǎn)窯小齒輪上的片蝕二、利用潤滑防止大型開式齒輪出現(xiàn)點蝕在齒輪的設(shè)計、制造階段，可以通過若干方法來降低齒輪出現(xiàn)點蝕的可能性，如加大齒輪嚙合角，變更齒輪傳動類型、輪齒表層或整體硬化處理、降低齒輪表面粗糙度等。但受限于制造成本加工能力，不可能完全消除點蝕出現(xiàn)的誘因。 在齒輪的使用過程中，通過有效的潤滑能夠防止早期點蝕的發(fā)生、抑制或緩解既有點蝕的發(fā)展。1、使用專用磨合潤滑劑降低齒面粗糙度，能夠有效防止早期點蝕的出現(xiàn)。大型開式齒輪的制造精度較低，在齒輪副投入使用

4、的初期，由于齒輪嚙合面比較粗糙，存在局部高點接觸，這意味著過低的接觸面積和載荷集中，齒輪表面的高點上不可避免地會出現(xiàn)細(xì)微裂紋。此時選用合適的專用潤滑劑能夠及時消除裂紋，防止裂紋的持續(xù)發(fā)展。專用磨合劑在具備足夠潤滑性能的同時，利用內(nèi)含的特殊添加劑和固體添加劑，結(jié)合腐蝕和磨損功能，快速消除齒輪表面上參與嚙合的接觸高點，細(xì)微裂紋也同時被清除。在齒輪副的運(yùn)行中，齒輪的表面粗糙度持續(xù)下降，載荷分布趨于均勻，出現(xiàn)裂紋的可能性也就持續(xù)降低，這表明專用磨合潤滑劑在降低表面粗糙度的同時，能夠有效的防止早期點蝕的出現(xiàn)。 克魯勃為開式齒輪提供最佳磨合潤滑方案，圖6a是某回轉(zhuǎn)窯開式齒輪投入使用前的齒面狀態(tài)，

5、圖6b是使用磨合潤滑劑Kluberfluid B-F1 Ultra 約5000小時的齒面狀態(tài)。圖6a  某回轉(zhuǎn)窯開式齒輪使用前的齒面狀態(tài)圖6b  某回轉(zhuǎn)窯開式齒輪磨合后的齒面狀態(tài)為更好的保護(hù)現(xiàn)場環(huán)境，順應(yīng)越來越高的環(huán)保意識，并進(jìn)一步提高磨合效果，克魯勃最新研制出新一代磨合潤滑劑Kluberfluid B-F2 Ultra，為潔凈、透明磨合潤滑脂，可以通過頻閃儀動態(tài)監(jiān)測球磨機(jī)齒輪狀態(tài)，對于回轉(zhuǎn)窯這類慢速較慢的設(shè)備，即便是在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，也可通過肉眼觀察齒面狀態(tài)。該磨合劑同時適用于油浴、漿輪、循環(huán)潤滑、自動噴射等

6、多種潤滑方式。2、使用高粘度的潤滑油能夠有效杜絕點蝕損傷的發(fā)生，并緩解既有點蝕的擴(kuò)展。若齒面已具備足夠的接觸比例，為防止齒輪的過度磨損，須及時將潤滑劑更換為操作潤滑油。高粘度操作潤滑油在保障潤滑狀態(tài)、降低齒輪磨損量的同時，能夠防止蝕損傷的發(fā)生，并緩解既有點蝕的擴(kuò)展。克魯勃提供透明、高粘度合成開式齒輪潤滑油系列，其中Kluberfluid C-F3 Ultra具有16500mm2/s40 的超高粘度。當(dāng)齒面上出現(xiàn)疲勞裂紋后，潤滑油就會侵入裂紋，粘度愈低的油，易侵入裂紋。潤滑油侵入裂紋后，在輪齒嚙合時，會在裂紋內(nèi)受到擠脹，從而加快裂紋的擴(kuò)展?；谏鲜龇治?，對于已出現(xiàn)早

7、期點蝕的齒面，使用高粘度的潤滑劑，能夠有效抑制或緩解點蝕的擴(kuò)展。圖7顯示的是使用Kluberfluid C-F3 Ultra 近兩年的齒面狀態(tài)對比，表明在大的接觸壓力作用下，高粘度潤滑劑能夠有效抑制點蝕坑的出現(xiàn)。圖7a  換用Kluberfluid C-F3 Ultra 時的齒面狀態(tài)圖7b  換用Kluberfluid C-F3 Ultra 近2年后的齒面狀態(tài)三、結(jié)束語對于齒面加工精度較低的大型開式齒輪，由于齒輪加工及安裝等原因，齒面載荷集中現(xiàn)象會經(jīng)常發(fā)生。如果齒輪

8、副投入運(yùn)行后發(fā)生齒面載荷集中，疲勞裂紋就會在短時間內(nèi)出現(xiàn)，若不及時采取針對性措施，裂紋的快速擴(kuò)展將導(dǎo)致齒面上點蝕坑數(shù)量上升和點蝕坑尺寸增大。在齒輪的磨合階段，采用克魯勃新一代環(huán)保、透明磨合潤滑劑Kluberfluid B-F2 Ultra在達(dá)到磨合、潤滑等基本目的的同時，能夠有效防止點蝕坑的出現(xiàn)。對于已經(jīng)過齒面磨合、接觸面積較大的齒輪，采用克魯勃全透明、高粘度合成開式齒輪潤滑油Kluberfluid C-F3 Ultra系列，可以防止點蝕的產(chǎn)生。對于已經(jīng)出現(xiàn)點蝕坑的齒面，使用Kluberfluid C-F3 Ultra也會抑制或緩解點

9、蝕的擴(kuò)展。參考文獻(xiàn)1 Appearance of Gear Teeth-terminology of Wear and Failure, America National Standard.聯(lián)系人：黃曦聯(lián)系電話68065172Emai: daisy.huang前言在水泥行業(yè)中的燒成和生料、熟料、煤的破碎等工藝設(shè)備中，大型開式齒輪常被選作設(shè)備的主要驅(qū)動單元。其傳動齒輪副長期處于低速、重載、大沖擊力的工況中，齒輪表面往往會出現(xiàn)不同形式的損傷，如過度磨損、擦傷、膠

10、合、點蝕、塑性變形等，繼而導(dǎo)致齒面金屬材料的遺失，改變齒輪的幾何尺寸，嚴(yán)重影響齒輪副的使用壽命，降低生產(chǎn)的連續(xù)性。本文針對大型開式齒輪常見的齒面損傷，結(jié)合具體的圖片，提出防止損傷發(fā)生及合理潤滑的建議，供現(xiàn)場技術(shù)人員參考并有望解決現(xiàn)場問題?？唆敳鶕?jù)開式齒輪的運(yùn)行條件和損傷產(chǎn)生的機(jī)理，提供系列開式齒輪潤滑產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù)，創(chuàng)造并保障良好潤滑條件、降低齒輪磨損、減少損傷的出現(xiàn)，并抑制既有損傷的擴(kuò)展。一、磨損磨損是指由于機(jī)械、化學(xué)或其它因素導(dǎo)致材料的慢速損失，齒輪表面發(fā)生改變。并非所有的磨損都定義為損傷，對于大型開式齒輪，齒輪運(yùn)行初期發(fā)生的正常磨損有利于改善設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和潤滑條件。1正常磨損 

11、;  這種磨損發(fā)生在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的早期階段，粗糙的開式齒輪表面的機(jī)加工痕跡逐漸消失，齒面呈光亮狀態(tài)，常稱為跑合磨損。磨光和中等磨損都屬于正常磨損類型。正常磨損的形貌特征：磨光是一種緩慢的磨合，兩接觸齒面的凹凸不平逐漸被磨去，機(jī)加工痕跡逐漸消失，齒面粗糙度大為降低，因此產(chǎn)生光滑的齒面，磨光對改善齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有積極的促進(jìn)作用，左下圖為磨光圖片實例。中等磨損齒面的特征是兩齒面都有金屬移失，在節(jié)曲面附近出現(xiàn)一條連續(xù)的條帶，如右下圖。在壽命以內(nèi)的正常磨損并不影響齒輪的使用。a) 磨光實例       

12、60;                       b) 中等磨損實例  圖1  齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)早期階段的正常磨損類型用于轉(zhuǎn)窯類設(shè)備驅(qū)動的齒輪精度在89級 (AGMG 2000)，用于管磨類設(shè)備的齒輪精度在910級 (AGMG 2000)。因此，大型開式齒輪副在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，接觸面積小，存

13、在局部過載，高點的局部接觸應(yīng)力往往超過材料的接觸疲勞強(qiáng)度，疲勞裂紋就會陸續(xù)出現(xiàn)。若此類疲勞裂紋不能快速消除，疲勞裂紋會持續(xù)發(fā)展成點蝕損傷。因此，對于新制大型開式齒輪或翻面使用的齒面，克魯勃提出：在齒輪的運(yùn)行初期，必須通過磨合過程來達(dá)到磨光的目的，借助專用磨合潤滑劑快速降低表面粗糙度、提高接觸比例，防止出現(xiàn)初期損傷，為后期取得良好潤滑狀態(tài)創(chuàng)造條件。2磨料磨損磨料磨損是指由于混在潤滑劑中的堅硬顆粒（如砂粒、銹蝕物、金屬雜質(zhì)等），在齒面嚙合時的相對運(yùn)動中，使齒面材料發(fā)生遺失或錯位。齒面上嵌入堅硬的顆粒，也會造成磨料磨損。      

14、0;磨料磨損的形貌特征：齒面出現(xiàn)不同尺寸的分散凹坑，其邊緣比較圓滑。圖2  齒輪磨料磨損實例此種損傷類型與潤滑無關(guān)，且不會持續(xù)擴(kuò)展，但降低了齒輪的接觸比例，可采取如下預(yù)防性措施：1)在設(shè)備的安裝階段，清除齒輪副和齒輪罩上的雜質(zhì)；2)若采用噴射潤滑或循環(huán)潤滑方式，需做好潤滑系統(tǒng)相關(guān)部件的清潔工作，避免雜質(zhì)混入。若采用油池潤滑方式，需仔細(xì)清理油池和帶油部件； 3) 改善潤滑系統(tǒng)和齒輪罩的密封條件，避免外部異物混入潤滑劑。3. 過度磨損    過度磨損是指由于長期使用性能欠缺的潤滑劑，抗磨損性能差，摩擦系數(shù)過高

15、，大的滑動摩擦力使輪齒表面快速磨損，從而使齒輪副達(dá)不到設(shè)計壽命。過度磨損的形貌特征：齒輪表面明顯粗糙，嚴(yán)重時齒廓失去漸開線形狀，通常過度磨損的齒輪伴隨著膠合、擦傷等損傷，但由于磨損較快，不易出現(xiàn)裂紋和點蝕。 圖3  齒輪過度磨損實例齒輪的過度磨損和所用潤滑劑性能直接相關(guān)。要求潤滑劑具有適合工況推薦的工作粘度，含極壓添加劑、良好的抗磨性能、低的滑動摩擦系數(shù)，能夠有效降低齒輪的磨損速度，延長齒輪壽命。二、擦傷擦傷是由于齒輪表面承受過大的接觸壓力、潤滑劑極壓性能不足或齒面缺乏足夠的潤滑劑，導(dǎo)致潤滑油膜不能建立，齒輪處于干摩擦或邊界摩擦狀態(tài)，嚙合齒面直接接觸，造成齒輪材料

16、的移除。擦傷的形貌特征：在齒面上沿滑動方向出現(xiàn)溝槽，主要分布在滑動速度較快的齒頂、齒根區(qū)域。按照損傷面積的大小，可分為輕微擦傷、中等擦傷、嚴(yán)重擦傷。 圖4  齒輪中等擦傷實例  圖5  齒輪嚴(yán)重擦傷實例防止齒輪擦傷，除避免設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行，造成輪齒接觸壓力過大外。在潤滑方面需注意如下方面： 1)選用承載能力強(qiáng)、粘度高的潤滑劑，改善潤滑條件，提高油膜厚度。2)保障足量的潤滑劑到達(dá)嚙合齒面，若采取噴射潤滑方式，需合理設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，避免噴射間隔時間過長、潤滑劑用量過低，在運(yùn)行中注意防止出現(xiàn)潤滑系統(tǒng)故障，若采取油池潤滑方式，

17、需在日常檢查中注意液位的高低，尤其是當(dāng)齒輪中心線和油池液面具有一定斜度時，注意油位的的高度應(yīng)以高端為準(zhǔn)。三、膠合膠合是由于齒輪承受過大的接觸壓力或較高的齒面溫度，導(dǎo)致潤滑油膜不能建立，齒面上不平的峰谷在接觸時發(fā)生局部高壓熔焊，而后隨著齒面的相對運(yùn)動，促使節(jié)點發(fā)生塑性變形和破裂，導(dǎo)致齒面材料的損失和遷移。由于高溫導(dǎo)致潤滑失效而形成的膠和稱為“熱膠和”，由于嚙合齒輪間接觸壓力超過潤滑油承載能力導(dǎo)致潤滑失效而形成的膠和稱為“冷膠合”。膠合的形貌特征：相互嚙合齒面間齒面表層材料發(fā)生撕裂，形成連續(xù)的、一定面積、一定深度的凹坑，嚴(yán)重時可能覆蓋整個齒寬。膠合通常發(fā)生在相對滑動速度較高的齒頂和齒根區(qū)域。圖6&

18、#160; 齒輪膠合實例對于膠合損傷，一方面需要避免超負(fù)荷運(yùn)行，即便齒輪短時處于過載狀態(tài)，過大的接觸壓力也會在齒面上產(chǎn)生膠合。另外在潤滑方面必須選擇合適的潤滑劑，由于膠和現(xiàn)象必須在破壞潤滑油膜時才能發(fā)生，因此選用粘度高、粘附性能好、含極壓添加劑的齒輪潤滑劑能夠抑制膠合的產(chǎn)生。四、點蝕和剝落點蝕的初期形貌是疲勞裂紋。若輪齒接觸應(yīng)力超過極限應(yīng)力值，并達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時，材料就可能出現(xiàn)疲勞裂紋。隨著這些裂紋擴(kuò)展、連接，最終造成齒面金屬材料的脫落，形成初期點蝕，并可能持續(xù)發(fā)展為擴(kuò)展性點蝕、片蝕或剝落。點蝕損傷對齒輪的使用壽命有較大的影響，嚴(yán)重時使齒輪厚度大大減少，甚至出現(xiàn)斷齒。點蝕的形貌特

19、征：齒面金屬材料的遺失、出現(xiàn)凹坑、且凹坑的邊緣較為尖銳。下列圖片顯示了各種點蝕的具體形貌。 圖7  初期點蝕實例圖8  擴(kuò)展性點蝕實例圖9  點蝕引起的材料剝落實例對于點蝕損傷，需抑制其發(fā)展源頭，即裂紋的產(chǎn)生，在開式齒輪的不同運(yùn)行階段，借助于潤滑，可以防止點蝕的出現(xiàn)。 1)在齒輪副投入使用的初期，使用專用的磨合潤滑劑，使齒輪快速經(jīng)歷磨光過程，在消除已產(chǎn)生裂紋的同時，提高齒輪的接觸比例，防止新的疲勞裂紋產(chǎn)生。2)當(dāng)齒輪接觸比例上升后，換用高粘度的潤滑油，建立足夠厚度的潤滑油膜，使載荷平均分布，降低接觸壓力。如此，能夠

20、有效杜絕點蝕損傷的發(fā)生，并緩解既有點蝕的擴(kuò)展。五、塑性變形輪齒的塑性變形是一種卸去施加的載荷后不能恢復(fù)的變形，其誘因都是輪齒受過大載荷造成的。輪齒的塑性變形可以分為兩大類：齒體塑變和齒面塑變。前者是由于齒體材料受到的應(yīng)力超過彈性極限所致，而后者除了高應(yīng)力外還與輪齒嚙和時的摩擦條件有關(guān)（摩擦使齒面材料流動）。對于開式齒輪，典型的齒面塑變類型為起脊。起脊的形貌特征：齒輪材料在齒表上流動，齒面上出現(xiàn)類似山脊的形狀，平行于齒輪的嚙合線，嚴(yán)重時沿整個齒寬分布。 圖10  塑性變形實例對于開式齒輪，過大的沖擊載荷和滑動摩擦力是形成塑性變形的主要因素，除設(shè)備安裝、維護(hù)時注意保證

21、各安裝限度和尺寸外，良好的潤滑條件能夠緩解塑性變形的產(chǎn)生。 1) 選用能夠形成足夠潤滑油膜的潤滑油，有效吸收齒輪嚙合時的沖擊力，降低齒輪承受的沖擊載荷。2)良好的潤滑能夠降低摩擦系數(shù)，降低齒輪受到的滑動摩擦力，避免齒面材料出現(xiàn)流動。六、如何選擇合適開式齒輪潤滑劑通過對上述的開式齒輪常見損傷分析，可以得出如下結(jié)論：對于不同運(yùn)行階段的大型開式齒輪，對潤滑劑有著完全不同的要求：1、新齒輪或翻面齒輪，齒輪表面粗糙，接觸比例偏低，不可避免出現(xiàn)輕微擦傷和疲勞裂紋，因此需防止輕微擦傷持續(xù)發(fā)展為嚴(yán)重擦傷，防止疲勞裂紋持續(xù)發(fā)展為點蝕和剝落。必須借助特殊的磨合潤滑劑，通過磨光階段，消除不斷產(chǎn)生的擦痕、裂紋，快速提升齒輪的接觸比例，減少擦痕、裂紋產(chǎn)生的機(jī)率。克魯勃為開式齒輪的磨合提供專用的透明磨合潤滑劑KLUBERFLUID B-F2 ULTRA，同時適用于噴射、循環(huán)、油池等多種潤滑方式，下圖顯示了一回轉(zhuǎn)窯開式齒輪的磨合效果。圖11  齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨光效果實例2.、當(dāng)齒表具備足夠的接觸比例后，磨光階段即可結(jié)束，此時齒面具備形成良好潤滑油膜的基本條件。為創(chuàng)造良好的潤滑條件，需換用合適的潤滑劑來降低齒輪磨損量，防