机械工程中齿轮失效常见的几种形式及预防措施

1、机械工程中齿轮失效常见的几种形式及预防措施机械工程中齿轮失效常见的几种形式及预防措施齿轮是现代机械传动中的重要组成部分,在各种机械设备中应用极为广泛。据统计,在各种机械故障中,齿轮失效引起的约占10.3%,下面就齿轮常见失效形式、相应的防止或延缓失效措施作一介绍。1、齿轮失效形式齿轮的类型很多,用处各异,在实际消费应用过程中,齿轮的失效形式也是各种各样的。齿轮失效一般发生在齿面,很少发生在其他部位。按照齿轮在工作中发生故障的原因,可分析出齿轮常见失效形式有轮齿折断、齿面胶合、齿面疲劳点蚀、齿面磨损、塑性变形等等。1.1轮齿折断轮齿折断是危险性很大的一种最终失效形式,根据形成的不同原因可分为过载

2、折断、疲劳折断和随机折断。齿面受到过大冲击载荷时,致使轮齿应力超过其极限应力,发生过载断裂。一般为短期过载。轮齿发生过载折断时,其断面有呈放射状或人字级把戏的放射区,放射方向与裂纹扩展方向大致平行,放射中心即为断裂源,断口现壳纹疲劳线。铸铁齿轮易发生过载断裂。在循环载荷作用下,齿根处弯曲应力最大且应力集中,当超过疲劳极限时,齿根圆角处易产生疲劳裂纹。随着工作时间和循环次数的增加,屡次重复作用,裂纹逐渐扩展加深,最终导致轮齿疲劳断裂。导致轮齿发生疲劳折断的因素很多,如:齿轮材料不当、加工精度低、齿根过渡圆角孝设计时对实际载荷估计缺乏等等。当齿轮材料缺陷、剥落在断裂处形成过高的部分应力集中时,会导

3、致随机折断。其断口形式与一般疲劳折断相似。这种失效实际上是次生的失效。1.2齿面胶合在高速重载传动中,因啮合区温度升高而导致光滑油膜被破坏,使两齿面金属直接接触并互相粘接,随着齿面的相对滑动,较软的齿面金属沿滑动方向被撕下而形成沟纹,这种现象就是胶合。根据各自不同的特征和原因,胶合详细又分为细微胶合、中等胶合、破坏性胶合及部分胶合四种类型。齿面胶合会引起强烈的磨损和发热、造成传动不平稳、导致齿轮报废。1.3齿面点蚀轮齿在工作时,其啮合外表上任一点所产生的接触应力是按脉动循环变化的。齿面接触应力超过材料的接触极限应力时,齿面表层会产生细微的疲劳裂纹,裂纹的扩展使表层金属微粒剥落下来而形成一些小坑

4、,俗称点蚀麻坑。点蚀会使齿面减少承载面积,引起冲击和噪音,严重时轮齿会折断。当点蚀面积如超过齿高、齿宽的60%时,应更换新零件。1.4齿面磨损齿面磨损有2种:(1)由于硬的屑粒如铁屑、砂粒等进入齿面间所引起的磨粒磨损;(2)由于轮齿外表互相摩擦所引起的研磨磨损。过度磨损后,工作外表材料大量磨掉,齿廓形状破坏,常导致严重噪声和振动,最终导致传动失效。因此,重要轮齿的齿面磨损不应该超过原齿厚的10%,一般轮齿齿面磨损视设备用处不超过原齿厚的20%30%,超过标准应更换。1.5塑性变形齿面塑性变形主要出如今低速重载、频繁启动和过载的场合。当齿面的工作应力超过材料的屈从极限时,齿面产生塑性流动,从而引

5、起主动轮齿面节线处产生凹槽,从动轮出现凸脊。此失效多发生在非硬面轮齿上,齿轮的齿形严重变形,特别是左右不对称时应更换新件。上面阐述的几种主要轮齿失效形式,在一般情况下,不仅可以修复,且在不能改变齿轮材料、加工工艺的条件下通过提早预防来延迟齿轮失效不利情况的发生,进步齿轮使用寿命。2、预防齿轮失效措施2.1进步齿轮安装精度2.2合理选材齿轮材料的选择,要根据强度、韧性和工艺性能要求,综合考虑。结合我国实际,宜选用低碳合金渗碳钢。对于承受重载和冲击载荷的齿轮,采用以ni-r和ni-r-合金渗碳钢为主的钢材;对于负载比较稳定或功率较小,模数较小的齿轮,亦可选用无ni的ni-n钢。用这种钢材制造的齿轮与普通电炉钢制造的齿轮相比,其接触和弯曲疲劳寿命可进步3-5倍,齿轮极限载荷可进步15%-20%。2.3热处理通过热处理工艺,可以改善齿轮材质,适当进步硬度,消除或减轻齿面的部分过载,进步齿面的抗剥落才能。例,对煤矿机械中的齿轮,深层渗碳淬火,可减小齿轮硬化,进步芯部硬度,较小的过渡区剩余拉应力和充足的硬化层深度。2.4根据实际情况选择齿轮油据资料显示,机械故障的34.4%源于光滑缺乏,19.6%源于光滑不当,换句话说,以54%的机械故障是由于光滑问题所致。因此,选择好的齿轮油对进步齿轮使用寿命有重要的意义。2.5修复为了确保齿轮的强度和硬度,决定采