齒輪失效形式探討

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1、齒輪失效形式探討摘要：齒輪是機械傳動中使用較多的零件，齒輪是機械設(shè)備中廣泛使用的一種機械傳動零件，齒輪傳動就是通過一對齒輪輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并可以改變運動的形式和速度。齒輪傳動使用范圍廣，傳動比恒定，效率較高，使用壽命長，是機器的重要機構(gòu)。由于質(zhì)量和使用等問題，齒輪會出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，常見的輪齒失效形式有：輪齒折斷、齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損、齒面塑性變形，等等。關(guān)鍵詞：齒輪失效形式預(yù)防1、引言齒輪是重要的傳遞運動和功率的零件，它的受力情況很復(fù)雜，如：齒根部承受很大的交變彎曲應(yīng)力，齒面承受很大的接觸應(yīng)力和摩擦力，齒部承受一定的沖擊載荷，這會使齒輪產(chǎn)生幾種不

2、同的失效形式，而齒輪的失效會影響機器的正常工作，甚至有可能引起嚴重的事故。因此，對齒輪的可靠性提出了越來越高的要求。失效分析的目的就是要找出零件損傷的原因，并提出相應(yīng)的改進措施。另外，從經(jīng)濟性考慮，也要不斷提高零件的壽命。這些都使得失效分析變得越來越重要。失效分析的結(jié)果對于零件的設(shè)計、選材、加工以至使用都有很大的指導(dǎo)意義。2、齒輪的失效形式：2.1齒輪斷裂（1）疲勞斷裂：它是由于循環(huán)彎曲應(yīng)力超過材料的極限應(yīng)力。這種應(yīng)力可能由于齒根結(jié)構(gòu)、超負荷、角度誤差或由于缺口、齒面的缺陷導(dǎo)致突然的應(yīng)力增高，在加載側(cè)出現(xiàn)裂紋。通常在齒面邊緣的圓角上而發(fā)展到沿整個齒根或者沿對角線斜上橫過全齒的整齒斷裂

3、。如，某煤礦綜采面使用的中雙鏈刮板輸送機的傳動齒輪，下井只用幾個月就陸續(xù)發(fā)生三軸齒輪、一軸圓弧傘齒輪斷齒事故。主要原因是選材不當(dāng)（30CrMnTi鋼）（2）磨損斷裂：由于嚴重點蝕、剝落或嚴重的磨料性磨損等嚴重磨損，使輪齒的強度降低到輪齒斷裂極限以下，造成輪齒斷裂。（35）超負荷斷裂：由于突然的沖擊負荷，在齒面的一個端角度誤差處造成載荷集中；也可能由于軸承的損壞、軸的彎曲或較大的外部零件進入嚙合使輪齒楔住，而造成輪齒斷裂。（4）淬裂：它是由于熱處理形成過高的內(nèi)應(yīng)力，是疲勞斷裂的起源點。外觀呈細絲狀裂紋，斷紋的初始部分會氧化變色。（5）磨削裂紋：由于機加工齒輪磨削的方法不當(dāng)或熱處理方法不

4、當(dāng)，在齒面產(chǎn)生細的裂紋。避免措施：（1）采用高強度鋼；（2）采用合適的熱處理方式增強輪齒齒芯的韌性；（3）用增加齒根過渡圓角半徑及消除加工刀痕的方法來減小齒根應(yīng)力集中；（4）增大軸及支承的剛性，使輪齒接觸線上受載較為均勻；（5）采用噴丸、滾壓等工藝措施對齒根表層進行強化處理；（6）加大齒輪模數(shù)；（7）采用正變位齒輪。網(wǎng)狀形，也是疲勞斷裂的起源點2.2齒輪磨損（1）正常磨損：是齒輪接觸表面上的金屬以一定的速率緩慢的損耗。它在齒輪的預(yù)期壽命內(nèi)將不影響其正常的使用性能。磨損量以不超過維修標準為限。（2）中度磨損：是齒輪接觸表面上的金屬較快的損耗。它會使齒輪的齒廓發(fā)生一定的變化，使平穩(wěn)性降低

5、，噪音加大。（3）破壞性磨損：它是齒面的損傷、齒廓的變化達到非常嚴重的程度，使運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到較嚴重的破壞，齒輪的壽命顯著降低。（4）磨料性磨損（擦傷）：它是由于在齒輪的嚙合中進入細顆粒，使齒面沿滑動方向呈短線狀劃痕，引起齒面的損壞。這種顆粒可能是來自齒輪箱中的污物、鑄造遺留的砂粒、油中的雜質(zhì)和輪齒表面或軸承剝落下的金屬顆粒。（5）干涉磨損：由于安裝不當(dāng)，當(dāng)輪齒不合理或提前接觸時，全部載荷集中于主動齒輪根與相配齒輪的齒頂?shù)膰Ш仙希ㄔ诒粍虞嘄X根與相配齒輪的齒頂間斷開），其破壞由輕到重，嚴重時主動輪齒齒根被掘起，而相配齒輪的齒頂嚴重地卷起，引起齒輪副的完全破壞。（6）腐蝕性磨損：它是由于

6、輪齒在嚙合摩擦過程中與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損。如酸的濕氣（水污染）、潤滑油的污染及潤滑油脂混入酸性水對齒面所產(chǎn)生的銹蝕等。在煤礦井下這種情況時常發(fā)生。（75）膠合：由于超負荷或使用潤滑油不當(dāng)，輪齒接觸面在重載的作用下，潤滑油油膜破裂，使兩嚙合輪齒的接觸面材料直接接觸并粘焊在一起，引起較軟齒面的部分接觸面材料沿滑方向被撕破或起溝。當(dāng)成因條件沒有消除時，膠合會繼續(xù)擴展。（8）疲勞磨損（點蝕）：在齒輪的高副接觸中，材料表層受到很大的接觸應(yīng)力，當(dāng)載荷重復(fù)作用時，常會出現(xiàn)表層金屬呈小片狀剝落，而在零件表面形成小坑，有著鈍和粗糙的外觀。（9）燒傷：由于超負荷、高速或潤滑不良，產(chǎn)生

7、過度磨擦，輕者齒面高溫變色，重者由于材料的硬度降低而產(chǎn)生嚴重磨損或齒面損壞。避免措施：（1）提高齒面硬度；（2）降低輪齒表面粗糙度；（3）降低滑動系數(shù)；（4）定期清潔和更換潤滑油；（5）變開式傳動為閉式傳動。2.3疲勞點蝕點蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤滑良好的閉式齒輪傳動中，常見的齒面失效形式多為點蝕。所謂點蝕就是齒面在周期變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點狀損傷現(xiàn)象。齒面上最初出現(xiàn)的點蝕僅為針尖大小的麻點，如工作條件未加改善，麻點就會逐漸擴