齒輪由于結(jié)構(gòu)形式、材料與熱處理、操作運行環(huán)境與條件等因素不同,發(fā)生故障的形式也不同,常見的齒輪故障有以下幾種形式。
1齒輪故障形式及預(yù)防措施
1)齒面疲勞(點蝕、剝落)
原因及現(xiàn)象:
主要是由于工作表面的交變應(yīng)力引起的微觀疲勞裂紋,潤滑油進入裂紋后,由于嚙合過程可能先封閉入口然后擠壓,微觀疲勞裂紋內(nèi)的潤滑油在高壓下使裂紋擴展,結(jié)果小塊金屬從齒面上脫落,留下一個小坑,形成點蝕。如果表面的疲勞裂紋擴展得較深、較遠(yuǎn)或一系列小坑由于坑間材料失效而連接起來,造成大面積或大塊金屬脫落,這種現(xiàn)象則稱為剝落。
發(fā)生部位:靠近節(jié)線的齒根面處。
發(fā)生場合:閉式傳動。
預(yù)防措施:提高齒面硬度、降低表面粗糙度值、合理選擇潤滑油的粘度及采用正確度變位齒輪傳動。
2)齒面磨損或劃痕
產(chǎn)生原因:
?。?)粘著磨損。
在低速、重載、高溫、齒面粗糙度差、供油不足或油黏度太低等情況下,油膜易被破壞而發(fā)生粘著磨損。潤滑油的黏度高,有利于防止粘著磨損的發(fā)生。
?。?)磨粒磨損與劃痕。
潤滑油中含有雜質(zhì)顆粒以及在開式齒輪傳動中的外來砂?;蛟谀Σ吝^程中產(chǎn)生的金屬磨屑,都可以產(chǎn)生磨粒磨損與劃痕。一般齒頂、齒根的摩擦較節(jié)圓部嚴(yán)重,這是因為齒輪嚙合過程中節(jié)圓處為滾動接觸,而齒頂、齒根為滑動接觸。
?。?)腐蝕磨損。
由于潤滑油中的一些化學(xué)物質(zhì)如酸、堿或水等污染物與齒面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成金屬的腐蝕而導(dǎo)致齒面損傷。
(4)燒傷。
燒傷是由于過載、超速或不充分的潤滑引起的過分摩擦所產(chǎn)生的局部區(qū)域過熱,這種溫度升高足以引起變色和過時效,會使鋼的幾微米厚表面層重新淬火,出現(xiàn)白層。損傷的表面容易產(chǎn)生疲勞裂紋。
發(fā)生場合:開式傳動。
預(yù)防措施:采用閉式傳動,提高齒面硬度,減小接觸應(yīng)力,降低表面粗糙度值,保持潤滑油的清潔。
3)齒面膠合
產(chǎn)生原因:
大功率軟齒面或高速重載的齒輪傳動,當(dāng)潤滑條件不良時易產(chǎn)生齒面膠合(咬焊)破壞,即一齒面上的部分材料膠合到另一齒面上而在此齒面上留下坑穴,在后續(xù)的嚙合傳動中,這部分膠合上的多余材料很容易造成其他齒面的擦傷溝痕,形成惡性循環(huán)。
發(fā)生部位:靠近節(jié)線的齒頂面。
發(fā)生場合:高速、低速重載齒輪。
預(yù)防措施:適宜的潤滑油、提高硬度、減小表面粗糙度值、采用抗膠合能力強的齒輪材料。
4)齒面塑性變形(飛邊)
產(chǎn)生原因:
較軟齒面的齒輪在頻繁啟動和嚴(yán)重過載,在齒面間過大的摩擦力作用下,齒面接觸應(yīng)力會超過材料的抗剪強度,齒面材料進入塑性狀態(tài),造成齒面金屬的塑性流動,使主動輪節(jié)圓附近齒面形成凹溝,從動輪節(jié)圓附近齒面形成凸棱,從而破壞了正確的齒形。有時可在某些類型的齒輪的從動齒面上出現(xiàn)“飛邊”,嚴(yán)重時擠出的金屬充滿頂隙,引起劇烈振動,甚至發(fā)生斷裂。
發(fā)生部位:主動輪形成凹溝,從動輪齒面形成凸棱。
預(yù)防措施:提高齒面硬度、選用較高粘度的潤滑油,避免頻繁啟動和嚴(yán)重過載。
5)輪齒折斷
原因:
變載(疲勞、過載),若因突然過載或沖擊過載,很容易在齒根處產(chǎn)生過載荷斷裂。即使不存在沖擊過載的受力工況,當(dāng)輪齒重復(fù)受載后,由于應(yīng)力集中,也易產(chǎn)生疲勞裂紋,并逐步擴展,致使輪齒在齒根處產(chǎn)生疲勞斷裂。另外,淬火裂紋、磨削裂紋和嚴(yán)重磨損后齒厚過分減薄時在輪齒的任意部位都可能產(chǎn)生斷裂。輪齒的斷裂是齒輪最嚴(yán)重的故障,常因此造成設(shè)備停機。
發(fā)生場合:開式齒輪傳動和硬齒面閉式齒輪傳動中。
預(yù)防措施:選擇適當(dāng)?shù)哪g(shù)和齒寬,采用合適的材料及熱處理工藝,減小齒根處的應(yīng)力集中。
2齒輪故障主要原因
1)制造誤差
齒輪制造誤差主要有偏心、齒距偏差和齒形誤差等。偏心是指齒輪(一般為旋轉(zhuǎn)體)的幾何中心和旋轉(zhuǎn)中心不重合,齒距偏差是指齒輪的實際齒距與公稱齒距有較大誤差,而齒形誤差是指漸開線齒廓有誤差。
2)裝配不良
齒輪裝配不當(dāng)會造成工作狀態(tài)劣化。當(dāng)一對互相嚙合的齒輪軸不平行時,會在齒寬方向只有一端接觸,或者出現(xiàn)齒輪的直線性偏差等,使齒輪所承受的載荷在齒寬方向不均勻,不能平穩(wěn)地傳遞動扭矩,這種情況稱為“一端接觸”,會使齒的局部承受過大的載荷,有可能造成斷齒。
3)潤滑不良
對于高速重載齒輪,潤滑不良會導(dǎo)致齒面局部過熱,造成色變、膠合等故障。導(dǎo)致潤滑不良的原因是多方面的,除了油路堵塞、噴油孔堵塞外,潤滑油中進水、潤滑油變質(zhì)、油溫過高等都會造成齒面潤滑不良。
4)超載
對于工作負(fù)荷不平穩(wěn)的齒輪驅(qū)動裝置(例如礦石破碎機、采掘機等),經(jīng)常會出現(xiàn)過載現(xiàn)象,如果沒有適當(dāng)?shù)谋Wo措施,就會造成輪齒過載斷裂,或者長期過載導(dǎo)致大量輪齒根部疲勞裂紋、斷裂。
5)操作失誤
操作失誤通常包括缺油、超載、長期超速等,都會造成齒輪損傷、損壞。