機(jī)械工程中齒輪失效常見(jiàn)的幾種形式及預(yù)防措施

1、機(jī)械工程中齒輪失效常見(jiàn)的幾種形式及預(yù)防措施機(jī)械工程中齒輪失效常見(jiàn)的幾種形式及預(yù)防措施齒輪是現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)中的重要組成部分,在各種機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用極為廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì),在各種機(jī)械故障中,齒輪失效引起的約占10.3%,下面就齒輪常見(jiàn)失效形式、相應(yīng)的防止或延緩失效措施作一介紹。1、齒輪失效形式齒輪的類型很多,用處各異,在實(shí)際消費(fèi)應(yīng)用過(guò)程中,齒輪的失效形式也是各種各樣的。齒輪失效一般發(fā)生在齒面,很少發(fā)生在其他部位。按照齒輪在工作中發(fā)生故障的原因,可分析出齒輪常見(jiàn)失效形式有輪齒折斷、齒面膠合、齒面疲勞點(diǎn)蝕、齒面磨損、塑性變形等等。1.1輪齒折斷輪齒折斷是危險(xiǎn)性很大的一種最終失效形式,根據(jù)形成的不同原因可分為過(guò)載

2、折斷、疲勞折斷和隨機(jī)折斷。齒面受到過(guò)大沖擊載荷時(shí),致使輪齒應(yīng)力超過(guò)其極限應(yīng)力,發(fā)生過(guò)載斷裂。一般為短期過(guò)載。輪齒發(fā)生過(guò)載折斷時(shí),其斷面有呈放射狀或人字級(jí)把戲的放射區(qū),放射方向與裂紋擴(kuò)展方向大致平行,放射中心即為斷裂源,斷口現(xiàn)殼紋疲勞線。鑄鐵齒輪易發(fā)生過(guò)載斷裂。在循環(huán)載荷作用下,齒根處彎曲應(yīng)力最大且應(yīng)力集中,當(dāng)超過(guò)疲勞極限時(shí),齒根圓角處易產(chǎn)生疲勞裂紋。隨著工作時(shí)間和循環(huán)次數(shù)的增加,屢次重復(fù)作用,裂紋逐漸擴(kuò)展加深,最終導(dǎo)致輪齒疲勞斷裂。導(dǎo)致輪齒發(fā)生疲勞折斷的因素很多,如:齒輪材料不當(dāng)、加工精度低、齒根過(guò)渡圓角孝設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)實(shí)際載荷估計(jì)缺乏等等。當(dāng)齒輪材料缺陷、剝落在斷裂處形成過(guò)高的部分應(yīng)力集中時(shí),會(huì)導(dǎo)

3、致隨機(jī)折斷。其斷口形式與一般疲勞折斷相似。這種失效實(shí)際上是次生的失效。1.2齒面膠合在高速重載傳動(dòng)中,因嚙合區(qū)溫度升高而導(dǎo)致光滑油膜被破壞,使兩齒面金屬直接接觸并互相粘接,隨著齒面的相對(duì)滑動(dòng),較軟的齒面金屬沿滑動(dòng)方向被撕下而形成溝紋,這種現(xiàn)象就是膠合。根據(jù)各自不同的特征和原因,膠合詳細(xì)又分為細(xì)微膠合、中等膠合、破壞性膠合及部分膠合四種類型。齒面膠合會(huì)引起強(qiáng)烈的磨損和發(fā)熱、造成傳動(dòng)不平穩(wěn)、導(dǎo)致齒輪報(bào)廢。1.3齒面點(diǎn)蝕輪齒在工作時(shí),其嚙合外表上任一點(diǎn)所產(chǎn)生的接觸應(yīng)力是按脈動(dòng)循環(huán)變化的。齒面接觸應(yīng)力超過(guò)材料的接觸極限應(yīng)力時(shí),齒面表層會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋,裂紋的擴(kuò)展使表層金屬微粒剝落下來(lái)而形成一些小坑

4、,俗稱點(diǎn)蝕麻坑。點(diǎn)蝕會(huì)使齒面減少承載面積,引起沖擊和噪音,嚴(yán)重時(shí)輪齒會(huì)折斷。當(dāng)點(diǎn)蝕面積如超過(guò)齒高、齒寬的60%時(shí),應(yīng)更換新零件。1.4齒面磨損齒面磨損有2種:(1)由于硬的屑粒如鐵屑、砂粒等進(jìn)入齒面間所引起的磨粒磨損;(2)由于輪齒外表互相摩擦所引起的研磨磨損。過(guò)度磨損后,工作外表材料大量磨掉,齒廓形狀破壞,常導(dǎo)致嚴(yán)重噪聲和振動(dòng),最終導(dǎo)致傳動(dòng)失效。因此,重要輪齒的齒面磨損不應(yīng)該超過(guò)原齒厚的10%,一般輪齒齒面磨損視設(shè)備用處不超過(guò)原齒厚的20%30%,超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更換。1.5塑性變形齒面塑性變形主要出如今低速重載、頻繁啟動(dòng)和過(guò)載的場(chǎng)合。當(dāng)齒面的工作應(yīng)力超過(guò)材料的屈從極限時(shí),齒面產(chǎn)生塑性流動(dòng),從而引

5、起主動(dòng)輪齒面節(jié)線處產(chǎn)生凹槽,從動(dòng)輪出現(xiàn)凸脊。此失效多發(fā)生在非硬面輪齒上,齒輪的齒形嚴(yán)重變形,特別是左右不對(duì)稱時(shí)應(yīng)更換新件。上面闡述的幾種主要輪齒失效形式,在一般情況下,不僅可以修復(fù),且在不能改變齒輪材料、加工工藝的條件下通過(guò)提早預(yù)防來(lái)延遲齒輪失效不利情況的發(fā)生,進(jìn)步齒輪使用壽命。2、預(yù)防齒輪失效措施2.1進(jìn)步齒輪安裝精度2.2合理選材齒輪材料的選擇,要根據(jù)強(qiáng)度、韌性和工藝性能要求,綜合考慮。結(jié)合我國(guó)實(shí)際,宜選用低碳合金滲碳鋼。對(duì)于承受重載和沖擊載荷的齒輪,采用以ni-r和ni-r-合金滲碳鋼為主的鋼材;對(duì)于負(fù)載比較穩(wěn)定或功率較小,模數(shù)較小的齒輪,亦可選用無(wú)ni的ni-n鋼。用這種鋼材制造的齒輪與普通電爐鋼制造的齒輪相比,其接觸和彎曲疲勞壽命可進(jìn)步3-5倍,齒輪極限載荷可進(jìn)步15%-20%。2.3熱處理通過(guò)熱處理工藝,可以改善齒輪材質(zhì),適當(dāng)進(jìn)步硬度,消除或減輕齒面的部分過(guò)載,進(jìn)步齒面的抗剝落才能。例,對(duì)煤礦機(jī)械中的齒輪,深層滲碳淬火,可減小齒輪硬化,進(jìn)步芯部硬度,較小的過(guò)渡區(qū)剩余拉應(yīng)力和充足的硬化層深度。2.4根據(jù)實(shí)際情況選擇齒輪油據(jù)資料顯示,機(jī)械故障的34.4%源于光滑缺乏,19.6%源于光滑不當(dāng),換句話說(shuō),以54%的機(jī)械故障是由于光滑問(wèn)題所致。因此,選擇好的齒輪油對(duì)進(jìn)步齒輪使用壽命有重要的意義。2.5修復(fù)為了確保齒輪的強(qiáng)度和硬度,決定采