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圆柱齿轮减速机齿轮典型失效特性分析

日期:2019-12-15 08:41

齿轮在运转过程中,由于制造不良、操作安装或维护不善,会出现各种形式的故障。故障形式又因齿轮材料、热处理、运转状态等因素的不同而不同,主要是齿面间承受着交变载荷,常造成断齿、齿面点蚀、剥落、胶合及磨损等失效形式。根据对造纸车间压榨辊、烘缸传动圆柱齿轮减速机抽样分析,减速机齿轮中各故障的比例是:断齿占41%,点蚀占31%,划痕占10%,磨损占10%,其他占8%。
 
一、断齿
 
断齿是最常见的齿轮故障,轮齿的折断一般发生在齿根,因为齿根处的弯曲应力最大,而且是应力集中之源。断齿常见的有3种情况:
 
1. 疲劳断齿。由于轮齿根部在载荷作用下所产生的弯曲应力为脉动循环交变应力,以及在齿根圆角、加工刀痕、材料缺陷等应力集中源的复合作用下,会产生疲劳裂纹。裂纹逐步蔓延扩展,最终导致轮齿发生疲劳断齿。
 
2. 过载断齿。造纸车间压榨辊、烘缸传动所用圆柱齿轮减速机,其齿轮多由铸铁或高硬度合金钢等脆性材料制成,由于严重过载或受到冲击载荷作用,会使齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然断齿。
 
3. 局部断齿。当存在齿面加工精度较低或齿轮安装质量较差时,沿齿面接触线会产生一端接触、另一端不接触的偏载现象。偏载使局部接触的轮齿齿根处应力明显增大,超过极限值而发生局部断齿,而局部断齿总是发生在轮齿的端部。
 
二、齿面点蚀
 
齿面点蚀也是圆柱齿轮减速机齿轮常见的损坏形式之一,一般多出现在靠近节线的齿根表面上,发生的原因是齿面脉动循环接触应力超过了材料的极限应力。在齿面处的脉动循环变化的接触应力超过了材料的极限应力时,齿面上就会产生疲劳裂纹。裂纹在啮合时闭合而促使裂纹缝隙中的油压增高,从而又加速了裂纹的扩展。如此循环所产生的变化,最终使齿面表层金属一小块一小块地剥落下来而形成麻坑,即为齿面点蚀。
 
点蚀情况一般有两种:①初始点蚀(亦称为收敛性点蚀)。通常只发生在软齿面(HB < 350)上,点蚀出现后,不再继续发展,甚至反而消失。原因是微凸起处逐渐变平,从而扩大了接触区,接触应力随之降低。②扩展性点蚀。发生在硬齿面(HB> 350)上,点蚀出现后,因为齿面脆性大,凹坑的边缘不会被碾平,而是继续碎裂下去,直到齿面完全损坏。
 
三、磨损
 
齿面的磨损是由于金属微粒、尘埃和沙粒等进入齿轮的工作表面所引起的。齿面不平、润滑不良等也是造成齿面磨损的原因;此外,联轴器不对中、联轴器磨损以及扭转共振等,会在齿轮啮合点引起较大的扭矩变化,或使冲击加大,将加速磨损。
 
齿轮磨损后,齿的厚度变薄,齿廓变形,侧隙变大,会造成齿轮动载荷增大,不仅使振动和噪音加大,而且很可能导致断齿。
 
四、齿面胶合
 
齿面胶合(划痕)是由于啮合齿面在相对滑动时油膜破裂,齿面直接接触,在摩擦力和压力的作用下接触区产生瞬间高温,金属表面发生局部熔焊粘着并剥离的损伤。
 
齿面胶合往往发生在润滑油黏度过低、运行温度过高、齿面上单位面积载荷过大、相对滑动速度过高、接触面积过小、转速过低(油带不起来)等条件下。齿面发生胶合后,将加速齿面的磨损,使齿轮传动很快地趋于失效。
 
五、轴承的失效及联轴器对中
 
联轴器的对中以及轴承的失效也是造成齿轮损坏故障的重要原因。当齿轮箱轴承出现故障时,常会产生有规律的冲击,当动能较大,联轴器对中不良,轴承会出现严重故障,此时会加速齿轮的损坏,使齿轮及早失效。

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