关于机械传动齿轮失效问题的探讨

关于机械传动齿轮失效问题的探讨

王文玉

山西太原钢铁集团有限公司 山西 太原 030003

摘要：机械传动齿轮在机械运行中有着不可忽视的作用，当机械传动齿失效时，整个机械将不能再运作。因此机械传动齿的运作对整个机械的有效性具有直接影响。本文针对机械传动齿失效问题进行讨论，找出机械传动齿失效的主要原因，并根据这些问题提出一些解决方法。

关键词：机械传动齿；失效；机械运作

齿轮运作时，经常会出现齿轮失效的现象，这让与其相关联的机械无法继续运作。因此，找出机械传动齿失效的原因得到了广泛重视。详细分析机械传动齿失效原因，找出解决问题的措施，对机械正常运作具有重要意义和现实价值。

1.机械传动齿的基本特征

机械传动齿的效率是机械转动效率最高的一种方式，根据不完全数据统计，机械转动齿的效率高达99%，因此机械传动齿在机械运作中被广泛使用。另外机械转动齿的稳定性也是极好的，在机械转动齿运作过程中，它保证了机械按部就班的运行。

2.机械传动齿失效的类型

2.1齿轮磨损

在齿轮长时间运作过程中，运作的轨迹与金属表面长期摩擦所导致的磨损称为正常磨损，这是由于自然运作发生的，无法避免。正常磨损在前期是不影响机械传动齿的正常运作，在中期和后期，就会影响机械运作的稳定性，齿轮表面会出现生热的情况，应该及时更换齿轮。

齿轮磨损除了正常性磨损以外，还存在破坏性磨损。在机械运作中，齿轮箱过齿轮箱外部的杂物，遗留细小的颗粒在齿轮表面，当齿轮运作时，会产生额外摩擦力，导致齿轮表面磨损严重，减少齿轮使用寿命。在齿轮运作中还可能与周围的化学物质产生反应，造成腐蚀性损坏，腐蚀性损坏使齿轮的表面产生明显的破坏，因此在机械运作中，要有意识避免出现这种情况发生，清理干净齿轮箱内外的杂物。

2.2齿轮胶合

在齿轮运作过程中，经常会有高强度的运作或者润滑油使用不规范所造成的齿轮胶合现象。齿轮接触的表面有着共轭接触力和重力载荷，这导致其中的润滑油油膜容易破裂，当机械开始运作时，由于摩擦生热，齿轮的接触面会直接粘附接触面材料，导致齿轮运作停止，还有可能会出现齿轮断裂现象。

2.3齿轮折裂

齿轮折裂包括齿轮一个折裂或者多个折裂，当一个齿轮折裂时，齿轮传动的有效性就开始降低。当齿轮自身承载的重力和齿轮转动的做功超负荷时，导致齿轮运动强度过高，超过齿轮可以承受的范围内，导致齿轮疲劳折损。当齿轮运作在短时间受到强冲击力时，会出现齿轮瞬间断裂，这种现象是过载折断。

2.4齿轮疲劳点蚀

齿轮运作过程受力大小方向不均，当应力循环频率达到极限值时，齿轮会出现破损现象。在高频率的齿轮运作下，齿轮表面的润滑油会流入齿轮破损的裂缝当中，齿轮收到力的冲击，润滑油在裂缝中的压力增加，裂缝会因此增大，最终导致齿轮表面的金属脱落，这种现象称为齿轮疲劳点蚀，会引发齿轮失效。

2.5齿面塑性变形

在齿轮运作过程中，齿轮材料软，而摩擦力大，使得在运作过程中，齿轮的表面顶端会沿着摩擦力的方向发生形变。在主动齿轮节线的两端，齿轮的顶端和根部受力点背道而驰，在节线的中间段出现凹形状。在从动轮节线的两段，齿订和齿根的受力点相对，在节线的中间段出现凸形。这时齿轮塑性的流动性使渐开性齿廓正确性有误，导致齿轮效力下降。

3.齿轮失效的解决措施

3.1优化齿轮加工工艺

齿轮本身受到损害，无论是自然发生还是被动发生，齿轮本身的性能和材质都可以进行优化，避免受损情况的大频率发生。因此在齿轮加工中，可以优化加工工艺。齿轮设计时精和粗要分离开来。先用滚刀对齿轮加以粗切，其次对齿轮精准加工，进给量要控制在一定范围内，保障齿轮加工精准度。在齿轮正常加工情况下，一般需要进给量在0左右，通过精准加工后，进给量的误差控制在0.03mm上下，加工精度要达到9级。最后一步通过磨齿来进行加工齿面的粗糙度，其粗糙程度在实际需求范围内即可。在实际加工中，对于齿面形状修理，要符合需求，避免在齿轮运作过程中重力承载过大，避免齿轮根部承受力过大，导致齿根断裂。在齿轮加工中，要对齿形修理仔细，要使齿形应力加强。选取修理齿轮的刀具硬度大的，柔韧性高的，这样的刀具切齿效果较好。通常切齿使用刮削和磨削两种方法，这可以增强齿轮运作效力，减少齿轮失效现象发生的概率。

3.2优化热处理的工艺

在齿轮加工中，热处理技术是必不可少的，对于热处理过程中，很多细节是可以人为控制，使超出的齿轮效力增加。

通常齿轮表面的硬度是决定齿轮承载力的大小的，此外齿轮承载力还受到齿轮表面剪切能力和剪应力比值的大小所影响。根据不完全统计表明，根据机械运作中的实际需求，齿轮表面剪切能力和剪应力的比值要控制在0.5以下最佳。齿轮运作的环境通常是与高硬度的相关机械相接触，因此加工齿轮必须要硬化处理，一般是应用渗碳淬火的原理，这种方式提高了齿轮硬化层次，达到理想的硬化效果。在这种硬化处理的方式中，含碳量是需要控制在一定范围内的（控制在8%到10%之间），使齿轮表面到芯部的硬度呈现阶梯状态。后期要经过必要的回火过程，只需将齿轮表面的硬度达到标准。如果这个过程中要消除齿轮表面的剩余应力，要有额外的热处理步骤，来提高齿轮表面的硬度。

3.3优化润滑工艺

齿轮间的润滑处理与齿轮磨损程度息息相关，因此相关技术人员在解决齿轮磨损现象时，要考虑齿轮转动时润滑工艺技术的提高。对于一些低速运作的齿轮，实际所承受的应力较大，因此在齿轮加工过程中，要着重注意齿轮表面的材料弹性的大小。总而言之，不同种类运作的齿轮，相关工作者应根据其运作环境不同，在加工齿轮时使用不同的润滑工艺技术。

3.4优化齿轮安装技术

在齿轮安装过程中，无论是对于齿轮的维修、还是换新需要经过齿轮安装这一重要步骤，但是这一步骤看似简单，实际操作却需要细心应对。齿轮的安装不当，就会直接间接的导致齿轮的磨损，甚至是齿轮的失效问题发生，因此安装技术需要严格的按照规范执行。安装过程中，保证齿轮中心线是水平的，水平度要精确，齿轮的侧隙，接触面都要在合适的间隙值。在安装过后还需要检查一遍是否复合安装标准，随后才能试运作。

3.5优化表面材料性能

在处理齿轮的表面时，可以通过喷丸的方式对其硬化处理。经过表面处理的齿轮，其抗疲劳能力得到了加强，在齿轮的根部受到损害时可以起到有效的防护作用，提高齿轮的使用期限。优化齿轮表面材料的性能，能够让齿轮在短暂的时间里受到的冲击得到缓冲，减少齿轮疲劳点蚀的概率，防止了齿面塑性变形。齿轮实际承载的重力载荷降低了，同时也消除了齿轮加工过程中存留的刀痕和磨痕。

3.6优化齿轮设计

在齿轮大小等固定性能一定的约束条件下，可以通过优化齿轮设计来规避齿轮经常失效的现象发生。由于机械齿轮承载了重力载荷和冲击力摩擦力等多个力，所以对其弯曲极限强度需要有效提升，这需要在齿轮的设计上不断优化，优化齿轮结构，齿轮外形等。使得齿轮在润滑系数，磨合程度都达标，从而延长齿轮寿命，减少齿轮失效频率。

结束语

齿轮失效的原因多种多样，根据每种失效的原因，提出相应的解决措施。如何优化齿轮加工工艺、优化加工过程以提高齿轮加工质量，有效避免齿轮失效现象频繁发生，需要相关工作者寻找到科学的解决策略。

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