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如何预防机械工程中齿轮的失效

发布时间:2014-07-07 10:46

  在现代机械传动中,齿轮作为其中的一个重要组成部分,已经广泛的被应用在各类机械设备应用中。相关统计表明,由齿轮失效引起各类机械事故的发生率超过了10%。
  1、齿轮失效形式
  齿轮有多种类型,不同类型的齿轮的用途也各不相同。同时,齿轮在实际生产应用中,其失效形式也是存在着不同的差异。通常情况下,齿轮的失效部位多为齿面,其他部位则很少发生。根据工作过程中齿轮出现故障的原因,常见的齿轮失效形式分为以下几种。
  1.1齿轮折断
  在机械工程中,齿轮折断有着很大的危险性,这类现象的发生直接导致齿轮最终失效。按照其引发机制可分为疲劳折断、过载折断以及随机折断。
  疲劳断裂。齿轮在循环载荷的作用影响下,齿根处将会集中较大的弯曲应力,长此以往,如果集中的应力超出了齿轮的疲劳极限,那么就容易在齿根圆角部位出现疲劳裂纹。随着齿轮循环次数和工作时间的的增加,经过长期的重复工作,疲劳裂纹将会不断加深扩展,终将出现疲劳断裂。有较多的因素可以预防齿轮形成疲劳断裂,如齿轮设计时未能充分的估计实际荷载、齿根过渡圆角小、加工精度低、齿轮材料不当等等。
  过载折断。当过大的冲击荷载附加在齿面时,就会相应的导致齿轮应力大于其应力极限。进而导致齿轮出现过载断裂。通常为短期过载。在机械工程中,齿轮出现过载断裂时,在断面部分有人字型花样放射区,或直接呈放射状,其中放射方向基本上平行于裂纹扩展方向,断裂源为放射中心,在齿轮折断的部位,可见壳纹疲劳线。机械工程中若采用铸铁齿轮时,那么发生过载断裂的几率则更高。
  随机断裂。当齿轮材料剥落、缺陷而在断裂部位集中了较高的局部应力后,那么就将会形成齿轮的随机折断。这种随机折断的断口形本文由论文联盟收集整理式类似于疲劳断裂。
  1.2齿面胶合
  齿轮在机械运动过程中,往往是进行高速重载传动,齿轮在发生传动时,机械摩擦力做功会使齿合区的温度上升,这就在一定程度上破坏了润滑油膜,进而导致两个齿面金属直接接触,且相互粘连,进而在齿面进行相对滑动,相对较软的齿面金属则会随着齿轮的滑行方向被撕下,并产生沟纹,齿轮发生的这种现象则称为胶合。结合齿面胶合的不同原因和特征,可将其分为破坏性胶合、轻微胶合、局部胶合及中等胶合等。齿轮若发生齿面胶合后,将会引发强烈的发热现象和磨损、出现不平稳的传动,甚至是导致齿轮报废。
  1.3齿面点蚀
  在工作过程中,齿轮齿合表面上的每一个点产生的接触应力都是根据其工作状态进行变化的。如果齿面的接触应力大于材料的接触应力的极限值时,那么将会有一些细微的疲劳裂纹在齿面表层形成,随着裂纹的扩展,逐渐剥落齿轮表层的金属微粒,进而出现一些细小的坑洼,又被俗称为点蚀麻坑。齿面在出现点蚀后,其承载面积将会减少,引发噪音或冲击,甚至会折断齿轮。倘若齿轮的点蚀面积大于齿宽、齿高的60%,则要对零件进行更新。
  1.4齿面磨损
  齿面磨损通常有两种形式:一种是齿面进入了砂粒、铁屑等硬质屑粒,上海商标注册,进而形成磨粒磨损现象,另一种是齿轮表面的相互摩擦而形成研磨磨损。如图1所示。当齿轮表面出现过渡磨损后,会大量的磨损工作表面材料,破坏齿轮形状,极易引发严重的振动和噪音,进而导致齿轮传动失效。所以,在关键的重要齿轮中,齿面磨损要小于原齿厚度的10%,而对于一般齿轮的齿面磨损,则是根据设备的用途小于20%-30%,应及时更换超过标准的齿轮。
  1.5塑性变形
  齿轮出现齿面塑性变形通常是在频繁启动、低速过载、频繁过载的场合。在齿轮表面的工作应力大于材料屈服极限后,则将会出现塑性流动,此时主动齿轮面节线处将会有凹槽产生,而从动轮将会有凸脊出现。这类齿轮失效往往是发生在非硬面齿轮上。在实际生产应用中,要及时更换齿形变形严重的齿轮,尤其是左右不对称的齿轮。
  2、预防措施
  在机械工程的实际生产应用中,为了降低齿轮失效的发生率,还需采取相应的预防措施,如加强齿轮安装精度;合理选材;热处理;选择合适的齿轮油;增强修复等等。
  在选择齿轮材料时,要结合工艺性能、材料韧性、强度等要求采取综合考虑。与我国的实际情况相结合,选用低碳合金渗碳钢是比较合适的,对于承受冲击载荷和重载的齿轮,选用的钢材通常是以Ni-Gr-Mo,Ni-Gr合金渗碳钢为主;对那些模数较小、功率较小,以及负载较稳定的齿轮,也可以选用Ni-Mn钢。相对于普通电炉钢做的齿轮,采用这类钢材制造的齿轮可以使齿轮极限荷载增强15%-20%,弯曲疲劳寿命将会增强3-5倍。
  制作齿轮的材质在经过热处理工艺后,能够使其硬度得到一定的提高,减轻或消除齿面局部过载,促进齿轮表面抗剥落能力的提高。如用于煤矿机械中的齿轮,通过深层渗碳淬火,能够使齿轮的硬化得以减低,促进芯部硬度的提高。有相关资料显示,机械工程中,由于润滑不当而引发的机械事故占19.6%,而润滑不足的引发的机械事故占有的比例为34.4%。也就是说有超过一半的机械事故是因为润滑问题引发的。可见,齿轮在使用过程中选用较好的齿轮油的意义非常重要。为了使齿轮具备较好的硬度和强度,可采用堆焊修复,并采取磨光机整形处理,从而使焊修后的齿轮不进行热处理也可以使强度和硬度达到较高水平。
  结束语
  本文主要根据齿轮失效的几种形式进行研究,通过对其失效的形式及原因进行分析,提出了解决齿轮失效的几种预防措施,使设备故障判别的准确率得到提高,并将故障及时的解决,进而促进企业经济效益的提高。

本文编号:1014


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