机械传动齿轮失效形式分析

机械传动齿轮失效形式分析

作者：何宝泉 马爱迪

来源：《中国科技博览》2013年第19期

摘要：机械传动齿轮的正常运转是保证机械工作的必要条件，本文通过分析机械齿轮失效形式，探讨机械齿轮的失效原因，加深对于齿轮的失效原理的了解和认识。 关键词：煤矿机械；齿轮传动；失效形式 0引言：

工厂中所用到的机械齿轮模数相对较大，并且传动齿轮之间的咬合比较紧密，这也导致了齿轮上所承受的荷载比较高，对齿轮的材料性能也提出了比较高的要求。因此，加深对于齿轮工作原理、失效形式的分析十分必要。 1、机械齿轮失效形式 （一）磨损

1、磨料性磨损：这种磨损形成的原因与机械齿轮的工作条件有关，在机器齿轮工作时，如果齿轮中混入了细小颗粒，并且没有得到及时的清除，长期滞留很容易造成齿轮表面出现磨损，一些金属颗粒的混入也会导致机械出现磨料型磨损。

2、干涉磨损：这种磨损主要是机械安装不当，齿轮搭配不合理或者是操作不当引起的，如果不能按照规定进行齿轮的操作，将会在齿轮不同部位产生的应力，应力分布不均很容易造成应力集中现象，根据应力集中现象的轻重不同，机械齿轮所受到的机械磨损状况也不相同。 3、腐蚀性磨损：顾名思义，腐蚀性磨损主要是齿轮在工作过程中与周围的工作环境或者是外部环境发生物理化学反应，导致齿轮金属腐蚀。最常见的腐蚀因素是油脂、酸性溶液。而这些物质恰恰是煤矿工正常运转经常出现的物质，因此，腐蚀性磨损是机械齿轮磨损的重要部分。

4、胶合：胶合主要是由于机器长时间使用，不能得到很好地维护修理，导致润滑油油膜破裂，两侧的齿轮直接接触，进而造成材料撕破，如果这种不利因素不能得到及时的处理，胶合带来的腐蚀还将进一步扩大化。

5、疲劳磨损：这种磨损在机械使用过程中不可避免，由于齿轮需要长时期保持高速旋转，材料本身的性能会逐渐弱化，当何在重复作用一段时间之后，材料的脆性增强，抗冲击能力下降，齿轮外轮廓会出现细小的片状裂痕，这种疲劳磨损也会使得所制备的零件外观粗糙，不能满足生产加工的需求。

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6、烧伤：烧伤主要是有外界温度过高或者机器本身在运转过程中放出大量的热量形成的，烧伤会导致齿轮的形状发生改变，生产出的零件规格也逐渐改变。 （二）表面疲劳

齿轮的表面疲劳是指机器在使用时受到反复应力作用造成齿轮抗性下降，韧性降低，并且在外表面逐渐出现初始裂纹的现象。同时齿轮的表面疲劳还会使得齿轮出现一些不规则的凹坑，具体来说，表面疲劳可以分为破坏性点蚀和疲劳剥损两部分。 （三）塑性流动

1、塑性变形：塑性变形由于齿轮啮合的不够精确或者因维护不当导致齿轮逐渐偏离原始位置，随着使用时间的增长，齿轮的偏离程度也逐渐增加，严重时甚至出现飞边的现象，有这种原因引起的齿轮失效都有着显著的特点，齿轮的变形较大。

2、起波纹：由于润滑不当或者齿轮表面比较粗糙导致齿轮滑动方向出现皱纹，这种皱纹也常见于淬火回火之中。 （四）断裂

1、疲劳断裂：当齿轮受到循环应力作用时，如果弯曲应力超过了齿轮材料本身的极限承载能力，就会导致齿轮上的应力突然增大，出现裂纹，裂纹由齿轮边缘圆角逐渐发展到齿轮中心部位，齿轮断裂会给机器的正常运转造成不可恢复的损害，无法正常使用。

2、磨损断裂：磨损断裂主要由于机械齿轮受到疲劳磨损、腐蚀性磨损后，磨损造成的材料损伤长期积累最终导致齿轮出现突然性的断裂，破坏形式常常比较突然，然而，实际上，这种破坏形式需要长期的积累才会出现。

3、超负荷断裂：超负荷断裂由于工作时出现突然的冲击荷载超过齿轮的承载能力，使得齿轮因无法承受荷载而产生突然断裂破坏。

4、淬裂：齿轮在热处理过程中会产生一定的应力集中，在工作时如果外界的集中荷载与原始材料的应力集中相叠加就会导致材料承受的荷载超过极限承载能力，无法继续承载，发生断裂破坏。

5、磨削裂纹：形成磨削裂纹的原因有磨削方法不当或者热处理方法不当两种，随着齿轮的持续运转，齿面逐渐出现裂纹，并由此发展到最终破坏。 2、齿轮失效原因分析

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齿轮工作时，由于不同齿轮需要产时间接触并共同滑动，产生大的应力。出去产生的应力之外，由于力臂的存在，齿轮表面还会出现比较大的弯矩，进而产生一定的弯曲应力，这种弯曲应力对初始应力有着增强作用，使得齿轮表面出现较大的应力值。除了力矩和表面应力之外，齿轮还会受到剪应力、拉应力以及交变应力的作用。各种盈利互相叠加，导致齿轮的抗疲劳强度降低，最终发生失效破坏。具体来说，导致煤矿机械齿轮破坏的原因主要有以下几个方面：

（一）设计方面

齿轮有着速度低、载重大，机器类型丰富，使用环境较差的特点，因此在进行齿轮设计时应该充分考虑到这些因素，对齿轮参数和材料进行合理调整。目前的机械齿轮针对性不够，一些标准不能够满足实验的需求，而且目前对于齿轮尺寸的计算方法还不够先进，不能对现实情况下齿轮的使用机理进行很好的模拟。因此，建议在此公式的基础上加入其他条件的影响，比如齿轮的形状、材料、加工、热处理、表面强化处理、弱化参数等，综合考虑各方面因素，完善图纸的设计。 （二）制造加工方面

目前机械齿轮的制造加工存在一定的缺陷，不管设计理念如何精确，最终的齿轮质量很大程度上取决于制造加工。目前我国的煤矿齿轮制造标准不统一，很多企业甚至存在一批质量低劣的产品。大的齿轮也存在着诸如化学成分偏析、非金属夹杂物、气孔、砂眼等缺陷。而且齿轮的锻造也不能满足使用需求。除此之外，齿轮的热处理质量是另一需要提升的地方，经过热处理的钢材存在淬火不均匀，初始裂纹严重的问题。 （三）安装使用方面

由于技术规范的不健全，很多煤矿企业在进行齿轮的安装时随意性很大，基本上按照经验进行施工，这就造成齿轮的偏颇较大，有的齿轮安装无法满足正常使用。齿轮的轴心距、平行距、齿轮啮合间隙、接触面积以及轴承的安装等都会出现问题。在安装完齿轮后，对于机械是否能正常使用的评价方法也存在问题，现有的评价方法仅依靠运转声音是否正常，这种评价方法不够科学，一些细小的问题也不能得到及时的发现解决，为以后齿轮的损坏埋下了伏笔。 3、结束语

我国的大型设备机械存在很多不完善的地方，机械问题已经成为困扰大型厂矿企业发展的一个重要难题，急待人们的解决。机械设备问题中，由于齿轮失效引起的设备无法正常运转占有很大比重。因此，加强对于齿轮失效形式及失效原因的分析，加深对于大型机械设备的了解有着重要的现实意义。 参考文献：

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[1]韩翠英. 煤矿机械传动齿轮损坏原因及解决方式[J]. 煤矿机械，2012，11：230-232. [4]蔚海文. 煤矿机械传动齿轮失效形式及对措[J]. 山西焦煤科技，2011，04：50-53. [5]张潇云，周新建. 煤矿机械传动齿轮失效形式分析[J]. 润滑与密封，2003，05：54-56.