机械传动齿轮失效及其控制措施研究

雷辉

摘 要 在当今社会机械制造业快速发展的背景下，我国各行业应用机械齿轮的情况越来越多。本文通过描写机械传动齿轮的失效形式和机械传动齿轮失效的控制措施这两方面，对避免齿轮失效问题，保证机械设备的稳定运行进行简要说明，希望能够给读者带来启发。

关键词 机械传动齿轮;正常磨损;控制措施

引言

传动齿轮是维持机械稳定运行的重要组成部分，因其传动效率高、稳定性好，在各领域得到了广泛的应用。但由于在机械的实际运行过程中受到各种因素的影响，会发生齿轮传动失效的情况，为保证机械的正常运转，就需要工作人员严格遵循机械设备的使用规定，避免齿轮失效问题的发生。

1 机械传动齿轮的失效形式

1.1 齿轮磨损

（1）正常磨损。齿轮的正常磨损指的是，机械在长期工作过程中齿轮与金属表面相互接触所产生的自然磨损现象。正常磨损依据磨损的程度，通常被分为初期磨损、中期磨损和后期磨损。一般齿轮在出厂时，生产厂家会提供给消费者其正常使用年限，这个年限通常是指齿轮从完好到初期磨损所经历的时间，齿轮在的使用期限内不会影响机械的工作情况，但超出使用年限以后，齿轮在工作过程中就可能出现震动、升温等现象，影响机械的工作状态。

（2）破坏性磨损。区别于正常磨损，破坏性磨损通常是由于外部因素对齿轮造成磨损性侵害的现象，往往会严重影响齿轮的正常使用，具有较大的危害性，主要包括磨料性磨损和腐蚀性磨损两种情况。其中造成磨料性磨损的原因是齿轮在进行啮合工作中，受到由齿轮箱内外的杂物、铸造遗留的颗粒、环境中的粉尘等细小颗粒的影响，形成的非正常磨损。而腐蚀性磨损主要是因为齿轮啮合过程中与如润滑油污染一类的周围介质发生化学反应所造成的非正常磨损。

1.2 齿轮胶合

齿轮胶合的产生原因是，齿轮长期处于高负荷运转过程中共轭接触面收到重力载荷的影响，破坏了润滑油油膜，导致齿轮与其啮合接触面的材料之间发生摩擦产生高温，使齿轮齿面直接与接触材料粘焊到一起的现象。

1.3 齿轮塑性变形

齿轮塑性变形指的是，齿轮在低速、重载的情况下，收到齿面应力和化工摩擦力的共同影响，致使齿面材料发生塑性流动的现象。由于滑动方向与变形方向一致，彼此处于平行状态，而滑动摩擦力通过主动齿轮，其方向与节线方向相反。主动齿轮的齿面塑性变形是在节线周围生成沟谷，齿顶构成飞边，而从动轮与主动轮状态相反。

1.4 齿轮折断

齿轮折断主要分为疲劳性折断和过载折断。其中疲劳性折断指的是，齿轮在传动过程中，受到的重力载荷比较大，超出了弯曲应力的承受范围，在持续一段时间后，齿根圆角区域产生裂缝，随着应力的不断增加，缝隙也在不断扩大，最终导致折断的现象。而过载折断指的是，在齿轮运转过程中受到过载和冲击载荷的作用、安装精确性低等因素的影响，使得齿轮局部受载过大，造成折断的现象，与疲劳折断相比，过载折断齿轮的断口位置并不固定，而且断面比较粗糙。

1.5 齿轮疲劳点蚀

齿轮疲劳点蚀的产生原因为，齿轮在运行过程中，会受到交变应力的影响，当应力的循环次数超过齿轮的极限值时，其齿面会出现微小的疲劳性裂痕，润滑油会随着齿轮的运转进入到裂痕中，当齿轮受到挤压作用的影响，裂缝中润滑油的油压会随之增大导致裂缝拓展，使得齿轮齿面的小金属块剥落，造成齿轮失效。

2 机械传动齿轮失效的控制措施

2.1 优化齿轮的材料选择

为保障机械传动齿轮的正常使用，在材料选择方面，需要参考机械对齿轮工艺性能、韧性强度等方面的需求，以及工作环境和实际的生产技术需要，选择合适的配比材料。例如，Ni—Cr—Mo和Ni—Cr合金渗透钢，就可以作为承受荷载较大的机械齿轮材料;而Ni—Mo钢可以作为小功率的机械齿轮材料。这几种钢材都是含碳量比较低的材料，具有较高的耐磨性和淬透性。

2.2 优化齿轮的设计方案

一般情况下齿轮的设计需要经过强度计算、摩擦力计算、验证极限荷载值、检验材料硬度、润滑参数等步骤。在实际的优化过程中需按照相关规定利用CAD一类的设计软件对齿轮的整体结构进行改进，从而达到优化的目的。以采煤机械传动齿轮为例，在不改变原有形态的基础上，通过科学的优化设计，可以对其耐久强度等级进行提升，使其极限强度增加到1600MPa，抗扭弯曲强度达到1300MPa.

2.3 优化齿轮的加工工艺

为使齿轮能够满足实际需要，在进行加工设计的过程中，需要将精、粗两种齿轮分离开，先用滚刀对其进行粗加工，之后用再进行精滚，来保证进给量在规定范围内。通常情况下，进给量需控制在0左右，精滚后的误差小于0.03mm，加工的精度在9级以上，粗糙程度满足设计标准。为了保证齿轮表面的粗糙度，可以在磨齿后对其进行振动抛光或电抛光，利用齿形修缘、齿面修形及圆弧齿等技术，降低或消除啮齿偏载和干涉，增加齿轮的弹性柔韧度[1]。

2.4 优化齿轮热处理工艺

机械传动齿轮的其承载力的大小，受到其表面硬度、表层剪切强度性和剪切应力比值的影响。研究表明，为保证齿轮的承载力满足机械运行的要求，需要使表层剪切强度性和剪切应力的比值小于0.55。为了达到这一目标，再进行齿轮的加工过程中，需要对其进行硬化处理，通常情况下，碳淬火处理是较为常用的硬化处理方式，可以提升齿轮硬化层的深度。

2.5 优化齿轮的润滑工艺

润滑工艺与机械齿轮的磨损性紧密相关，因此为避免齿轮失效的情况，需要对润滑工艺加以优化。比方说，大部分的低速重载性齿轮触动应力比较大，在实际加工制造过程中，需要选择合适的齿轮接触面材料，材料需要有良好的弹性指标。由于在齿轮的契合加工过程中，其起点位置的运动状态与其他位置明显不同，其他位置运动过程为滚滑式运动，因此在齿轮的润滑相关参数的设计过程中，需要考虑弹性流体的动力性润滑理论，保证参数的科学合理[2]。

3 结束语

结合现阶段机械故障率比较高的现状，本文对机械传动齿轮失效及其控制措施进行了探究，并制定了合理的应对措施，以期保障机械的稳定运行，进一步提升国家现代化的生产力水平。

参考文献

[1] 汪淑艳，钟庆海.关于机械传动齿轮失效问题的探讨[J].内燃机与配件，2019，（9）：128-129.

[2] 曹延軍，于力，毛继哲，等.机械传动齿轮失效问题及改进研究[J].科技经济导刊，2019，27（31）：38，33.