在現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪作為其中的一個(gè)重要組成部分，已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用在各類機(jī)械設(shè)備應(yīng)用中。相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，由齒輪失效引起各類機(jī)械事故的發(fā)生率超過(guò)了10%。
　　1、齒輪失效形式
　　齒輪有多種類型，不同類型的齒輪的用途也各不相同。同時(shí)，齒輪在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，其失效形式也是存在著不同的差異。通常情況下，齒輪的失效部位多為齒面，其他部位則很少發(fā)生。根據(jù)工作過(guò)程中齒輪出現(xiàn)故障的原因，常見的齒輪失效形式分為以下幾種。
　　1.1齒輪折斷
　　在機(jī)械工程中，齒輪折斷有著很大的危險(xiǎn)性，這類現(xiàn)象的發(fā)生直接導(dǎo)致齒輪最終失效。按照其引發(fā)機(jī)制可分為疲勞折斷、過(guò)載折斷以及隨機(jī)折斷。
　　疲勞斷裂。齒輪在循環(huán)載荷的作用影響下，齒根處將會(huì)集中較大的彎曲應(yīng)力，長(zhǎng)此以往，如果集中的應(yīng)力超出了齒輪的疲勞極限，那么就容易在齒根圓角部位出現(xiàn)疲勞裂紋。隨著齒輪循環(huán)次數(shù)和工作時(shí)間的的增加，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的重復(fù)工作，疲勞裂紋將會(huì)不斷加深擴(kuò)展，終將出現(xiàn)疲勞斷裂。有較多的因素可以預(yù)防齒輪形成疲勞斷裂，如齒輪設(shè)計(jì)時(shí)未能充分的估計(jì)實(shí)際荷載、齒根過(guò)渡圓角小、加工精度低、齒輪材料不當(dāng)?shù)鹊取?br />　　過(guò)載折斷。當(dāng)過(guò)大的沖擊荷載附加在齒面時(shí)，就會(huì)相應(yīng)的導(dǎo)致齒輪應(yīng)力大于其應(yīng)力極限。進(jìn)而導(dǎo)致齒輪出現(xiàn)過(guò)載斷裂。通常為短期過(guò)載。在機(jī)械工程中，齒輪出現(xiàn)過(guò)載斷裂時(shí)，在斷面部分有人字型花樣放射區(qū)，或直接呈放射狀，其中放射方向基本上平行于裂紋擴(kuò)展方向，斷裂源為放射中心，在齒輪折斷的部位，可見殼紋疲勞線。機(jī)械工程中若采用鑄鐵齒輪時(shí)，那么發(fā)生過(guò)載斷裂的幾率則更高。
　　隨機(jī)斷裂。當(dāng)齒輪材料剝落、缺陷而在斷裂部位集中了較高的局部應(yīng)力后，那么就將會(huì)形成齒輪的隨機(jī)折斷。這種隨機(jī)折斷的斷口形本文由論文聯(lián)盟收集整理式類似于疲勞斷裂。
　　1.2齒面膠合
　　齒輪在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，往往是進(jìn)行高速重載傳動(dòng)，齒輪在發(fā)生傳動(dòng)時(shí)，機(jī)械摩擦力做功會(huì)使齒合區(qū)的溫度上升，這就在一定程度上破壞了潤(rùn)滑油膜，進(jìn)而導(dǎo)致兩個(gè)齒面金屬直接接觸，且相互粘連，進(jìn)而在齒面進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)，相對(duì)較軟的齒面金屬則會(huì)隨著齒輪的滑行方向被撕下，并產(chǎn)生溝紋，齒輪發(fā)生的這種現(xiàn)象則稱為膠合。結(jié)合齒面膠合的不同原因和特征，可將其分為破壞性膠合、輕微膠合、局部膠合及中等膠合等。齒輪若發(fā)生齒面膠合后，將會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的發(fā)熱現(xiàn)象和磨損、出現(xiàn)不平穩(wěn)的傳動(dòng)，甚至是導(dǎo)致齒輪報(bào)廢。
　　1.3齒面點(diǎn)蝕
　　在工作過(guò)程中，齒輪齒合表面上的每一個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生的接觸應(yīng)力都是根據(jù)其工作狀態(tài)進(jìn)行變化的。如果齒面的接觸應(yīng)力大于材料的接觸應(yīng)力的極限值時(shí)，那么將會(huì)有一些細(xì)微的疲勞裂紋在齒面表層形成，隨著裂紋的擴(kuò)展，逐漸剝落齒輪表層的金屬微粒，進(jìn)而出現(xiàn)一些細(xì)小的坑洼，又被俗稱為點(diǎn)蝕麻坑。齒面在出現(xiàn)點(diǎn)蝕后，其承載面積將會(huì)減少，引發(fā)噪音或沖擊，甚至?xí)�折斷齒輪。倘若齒輪的點(diǎn)蝕面積大于齒寬、齒高的60%，則要對(duì)零件進(jìn)行更新。
　　1.4齒面磨損
　　齒面磨損通常有兩種形式：一種是齒面進(jìn)入了砂粒、鐵屑等硬質(zhì)屑粒，上海商標(biāo)注冊(cè)，進(jìn)而形成磨粒磨損現(xiàn)象，另一種是齒輪表面的相互摩擦而形成研磨磨損。如圖1所示。當(dāng)齒輪表面出現(xiàn)過(guò)渡磨損后，會(huì)大量的磨損工作表面材料，破壞齒輪形狀，極易引發(fā)嚴(yán)重的振動(dòng)和噪音，進(jìn)而導(dǎo)致齒輪傳動(dòng)失效。所以，在關(guān)鍵的重要齒輪中，齒面磨損要小于原齒厚度的10%，而對(duì)于一般齒輪的齒面磨損，則是根據(jù)設(shè)備的用途小于20%-30%，應(yīng)及時(shí)更換超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的齒輪。
　　1.5塑性變形
　　齒輪出現(xiàn)齒面塑性變形通常是在頻繁啟動(dòng)、低速過(guò)載、頻繁過(guò)載的場(chǎng)合。在齒輪表面的工作應(yīng)力大于材料屈服極限后，則將會(huì)出現(xiàn)塑性流動(dòng)，此時(shí)主動(dòng)齒輪面節(jié)線處將會(huì)有凹槽產(chǎn)生，而從動(dòng)輪將會(huì)有凸脊出現(xiàn)。這類齒輪失效往往是發(fā)生在非硬面齒輪上。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，要及時(shí)更換齒形變形嚴(yán)重的齒輪，尤其是左右不對(duì)稱的齒輪。
　　2、預(yù)防措施
　　在機(jī)械工程的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，為了降低齒輪失效的發(fā)生率，還需采取相應(yīng)的預(yù)防措施，如加強(qiáng)齒輪安裝精度；合理選材；熱處理；選擇合適的齒輪油；增強(qiáng)修復(fù)等等。
　　在選擇齒輪材料時(shí)，要結(jié)合工藝性能、材料韌性、強(qiáng)度等要求采取綜合考慮。與我國(guó)的實(shí)際情況相結(jié)合，選用低碳合金滲碳鋼是比較合適的，對(duì)于承受沖擊載荷和重載的齒輪，選用的鋼材通常是以Ni-Gr-Mo，Ni-Gr合金滲碳鋼為主；對(duì)那些模數(shù)較小、功率較小，以及負(fù)載較穩(wěn)定的齒輪，也可以選用Ni-Mn鋼。相對(duì)于普通電爐鋼做的齒輪，采用這類鋼材制造的齒輪可以使齒輪極限荷載增強(qiáng)15%-20%，彎曲疲勞壽命將會(huì)增強(qiáng)3-5倍。
　　制作齒輪的材質(zhì)在經(jīng)過(guò)熱處理工藝后，能夠使其硬度得到一定的提高，減輕或消除齒面局部過(guò)載，促進(jìn)齒輪表面抗剝落能力的提高。如用于煤礦機(jī)械中的齒輪，通過(guò)深層滲碳淬火，能夠使齒輪的硬化得以減低，促進(jìn)芯部硬度的提高。有相關(guān)資料顯示，機(jī)械工程中，由于潤(rùn)滑不當(dāng)而引發(fā)的機(jī)械事故占19.6%，而潤(rùn)滑不足的引發(fā)的機(jī)械事故占有的比例為34.4%。也就是說(shuō)有超過(guò)一半的機(jī)械事故是因?yàn)闈?rùn)滑問(wèn)題引發(fā)的�？梢�，齒輪在使用過(guò)程中選用較好的齒輪油的意義非常重要。為了使齒輪具備較好的硬度和強(qiáng)度，可采用堆焊修復(fù)，并采取磨光機(jī)整形處理，從而使焊修后的齒輪不進(jìn)行熱處理也可以使強(qiáng)度和硬度達(dá)到較高水平。
　　結(jié)束語(yǔ)
　　本文主要根據(jù)齒輪失效的幾種形式進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)其失效的形式及原因進(jìn)行分析，提出了解決齒輪失效的幾種預(yù)防措施，使設(shè)備故障判別的準(zhǔn)確率得到提高，并將故障及時(shí)的解決，進(jìn)而促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。

本文編號(hào)：1014