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了解齿轮4种常见故障原因,及时采取预防措施,有效避免损失

楼主#
更多 发布于:2018-01-03 10:52
齿轮是最常用的机械传动零件。据资料统计,齿轮故障占旋转机械故障的10.3%。齿轮故障可划分为两大类:一类是轴承损伤、不平衡、不对中、齿轮偏心、轴弯曲等,另一类是齿轮本身(即轮齿)在传动过程中形成的故障。本文分享齿轮常见的4种故障现象及导致故障的5种主要原因。

图片:齿轮传动.gif




齿轮常见故障现象

1、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。
断齿有三种情况:
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
对于由铸铁或高硬度合金钢等脆性材料制成的齿轮,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
当齿面加工精度较低、或齿轮检修安装质量较差时,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。局部断齿总是发生在轮齿的端部。
2、点蚀
点蚀是闭式齿轮传动常见的损坏形式,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,即点蚀。
点蚀有两种情况:
1)初始点蚀(也叫收敛性点蚀)
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。
对开式齿轮,齿面的疲劳裂纹尚未形成或扩展时就被磨去,因此不存在点蚀。当硬齿面齿轮热处理不当时,沿表面硬化层和芯部的交界层处,齿面有时会成片剥落,称为片蚀。


3、磨损
齿面的磨损是由于金属微粒、尘埃和沙粒等进入齿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,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。
4、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。
胶合往往发生在润滑油粘度过低、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。


齿轮故障原因

1、制造误差
齿轮制造误差主要有偏心、齿距偏差和齿形误差等。 偏心是指齿轮(一般为旋转体)的几何中心和旋转中心不重合,齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距有较大误差,而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。
2、装配不良
齿轮装配不当会造成工作状态劣化。当一对互相啮合的齿轮轴不平行时,会在齿宽方向只有一端接触,或者出现齿轮的直线性偏差等,使齿轮所承受的载荷在齿宽方向不均匀,不能平稳地传递动扭矩,这种情况称为“一端接触”,会使齿的局部承受过大的载荷,有可能造成断齿。
3、润滑不良
对于高速重载齿轮,润滑不良会导致齿面局部过热,造成色变、胶合等故障。导致润滑不良的原因是多方面的,除了油路堵塞、喷油孔堵塞外,润滑油中进水、润滑油变质、油温过高等都会造成齿面润滑不良。
4、超载
对于工作负荷不平稳的齿轮驱动装置(例如矿石破碎机、采掘机等),经常会出现过载现象,如果没有适当的保护措施,就会造成轮齿过载断裂,或者长期过载导致大量轮齿根部疲劳裂纹、断裂。
5、操作失误
操作失误通常包括缺油、超载、长期超速等,都会造成齿轮损伤、损坏。
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