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1、齿轮失效分析及其预防措施摘要：齿轮是传递运动和动力的零件的重要零件，齿轮种类众多，工作环境不同，因此有不同的失效形式，失效类型由失效齿轮的形貌和失效过程或机理确定的。本文将介绍齿轮的失效类型以及预防措施。关键词：齿轮，磨损，疲劳，断裂GearfailureanalysisandpreventionmeasuresAbstract:Gearpartstotransmitmotionandpowerofthevitalparts,Manygeartypes,Theworkenvironmentisdifferent,sotherearedifferentfai
2、luremodes,failuretypeisdeterminedbythefailureofthemorphologyofthegearandthefailureprocessormechanism.Thisarticledescribesthefailuretypeofgearaswellaspreventivemeasures.Keywords:Gear,Wear,Fatigue,Fracture引言从近几年出现的机车配件失效状况和失效类型来看,有的配件在规定的使用期内发生早期失效,造成损失,个别配件失效问题长期得不到解决,引发惯性事故[1]。齿轮传
3、动是机械传动中很普遍的一种。齿轮传动用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105kW，是现代机械中应用最广的一种机械传动。因而，齿轮质量的好坏直接影响了设备的使用范围和使用寿命[2]。齿轮的失效是造成机器故障的重要因素之一,其运行状况直接影响整个机器或机组的工作[3]。所以必须对断裂齿轮进行失效分析,对主动齿轮的制造工艺进行改进研究,提高齿轮的综合机械性能和运行寿命[4]。1齿轮失效分析齿轮的主要失效形式有齿面磨损、轮齿折断、轮齿变形等,其中前两者最为常见。1.1齿面磨损齿面磨损是指啮合面之间因摩擦导致摩擦面逐渐有微小颗
4、粒分离出来,形成磨屑,并且反复进行,使齿轮表面不断发生尺寸变化和重量损失。齿面磨损严重时,齿廓损毁,柴油机的振动和噪声增大,油温上升等。此外,齿面磨损后齿厚变薄可能导致轮齿抗弯曲强度不足而断裂。齿轮的磨损不可避免。对于正常运行的齿轮,其磨损过程一般包括跑合磨损、稳定磨损和急剧磨损3个阶段。失效分析工作中的齿轮磨损通常是指异常磨损,即稳定磨损阶段过短或不存在,主要呈现为急剧磨损现象。齿轮磨损失效的常见形式有:粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损,其中前三者是在滑动条件下产生的,而疲劳磨损则产生于滚动或滚动+滑动条件下[5]。1.1.1粘着磨损粘着磨损,是指
5、齿面金属在一定压力下直接接触发生粘着,同时随着齿面的相对运动,较软轮齿的表面金属被较硬齿面撕落,在齿面滑动方向上形成沟纹,其发生部位在节圆附近的齿顶面上,粘着磨损的摩擦机理如下:摩擦副实际表面存在微小凸起,当摩擦副双方接触时,真实接触面的局部应力足以引起塑性变形。若接触面洁净且未受腐蚀,则局部塑性变形会使接触面上的原子彼此十分接近,发生原子间的键合作用,产生强烈的冷焊现象(或称粘着)。后续的滑动剪断粘着点,并转移到一方齿面或脱落形成磨粒。粘着—剪断、转移—再粘着循环进行,构成粘着磨损过程。此类失效事故在高速重载或低速重载工况下均可能发生,导致粘着磨损的原因
6、主要包括:润滑不足,润滑油温过高,摩擦副表面无氧化膜,过载等。通过采用良好的润滑方式、限制润滑油温以及使用抗胶合添加剂的合成润滑油,可以防止或减轻事故发生;同时,适当的跑合可以增大齿面的实际接触面积、使齿面产生加工硬化,并且在齿面形成牢固的氧化膜,这些均可提高齿轮的抗粘着磨损能力;另外,加强维护和保养,避免过载,也是预防失效事故的重要措施[8]。1.1.2磨粒磨损磨粒磨损是指啮合齿面之间存在硬质粒子而产生的磨损。实际工作过程中,齿轮与轴承等零件因摩擦磨损产生的微小颗粒、焊接飞溅物、氧化皮、锈蚀物和其它类似的金属和非金属杂物进入齿轮的工作面,由于齿面间存在相
7、对滑动,这些外来颗粒起着磨粒作用,产生磨损。磨粒磨损主要发生于开式传动齿轮,闭式传动齿轮由于密封和润滑条件较好,通常不会发生磨粒磨损,但同样应该注意润滑油的清洁和更换,特别是新齿轮跑合后,若未予清洗,则跑合过程中产生的金属屑污染润滑油,也可能造成磨粒磨损[6]。1.1.3腐蚀磨损齿轮运行时，在主、从动齿轮接触过程中某一瞬时在齿面上的特定区域分别受到拉应力、压应力、剪切应力等。在一定的循环次数后，由于疲劳作用而在轮齿表面产生轻微裂纹，润滑油进入裂纹后产生高压，促使裂纹长大并连接起来，使小块金属从表面上掉下来，形成的小坑即为点蚀。如果表面疲劳裂纹向四周扩展得较
8、远较深，或者一系列小坑由于坑间材料失效而连接起来，造成大块金属脱落
