齿面点蚀的原因分析与处理

1.问题的提出

某公司有两台由沈阳鼓风机厂生产的DH型离心式压缩机，分别与四川空分设备厂生产的两套空气分离装置配套，压缩机为1993年安装投入使用的，两压缩机为一用一备，每2-3年进行一次定期检修，在2004年对1号压缩机的定期检修中发现压缩机传动齿轮中的大齿轮齿面上出现轻微的点蚀现象，在2005年对2号压缩机的检修中也发现同样的问题，因点蚀情况很轻，未对点蚀部分做任何处理就进行了安装，而在2005年5月份的检修1号压缩机中发现该压缩机传动齿轮齿面的点蚀情况明显加重，虽不至影响设备的运行，但为了保证设备安全、延长设备的使用寿命，有必要对该齿轮的点蚀情况进行分析，分析点蚀产生的原因，找出影响因素，从而反映出齿轮在设计、制造、装配、使用过程中存在的问题，制订相应措施，确保设备的运行安全，延长齿轮的使用寿命。

2.原因分析

2.1设备概述

该离心式压缩机本体是由电动机通过齿式联轴器所驱动的大增速斜齿轮带动两侧平行配置的两个从动高速齿轮轴，高速齿轮轴的两端装有叶轮，四个叶轮与各自的蜗壳组成四级压缩段。四组滑动轴承支撑两高速齿轮轴，大增速斜齿轮轴转速为1500r/min，一、二级齿轮轴的转速为15569r/min，三、四级齿轮轴的转速为18810r/min，其中增速大齿轮齿数为288个，法向模数为4。机组用32#汽轮机油润滑，供油温度为35℃-45℃，齿轮的润滑方式为喷溅润滑。设备配置见图.

2.2原因分析

齿面因交变应力接触导致金属疲劳点蚀或剥落，这是闭式齿轮传动主要失效形式之一，点蚀和剥落的存在，往往会导致齿面的磨损，从而影响齿轮传动的精度和寿命，甚至会引发断齿，因此要加以避免。而影响齿面点蚀的原因有载荷、润滑、安装等因素，针对本例中齿面出现的情况，认为主要有以下几个方面的原因：

2.2.1润滑油的影响

实践经验表明，齿轮齿根部分的齿面最容易产生点蚀。其原因在于，此部分齿面上的滑动率为负，裂纹容易产生，而润滑油进入裂纹后被封住，产生很大压力，使裂纹扩展，一般而言，润滑油的粘度對点蚀和剥落的影响颇大。通常情况下，稀薄的润滑油比粘稠的润滑油更易浸透到裂缝中去，造成裂纹的扩展，粘度大的润滑油缓冲吸振性强，容易建立承载油膜，故润滑油的粘度越高，其油膜越厚，表面微凸体相互作用越小，表面抗点蚀和剥落能力越高.在本例离心式压缩机中，根据轴承与齿轮传动润滑的需要，润滑油的设计供油温度为35℃-45℃之间，大齿轮与两高速齿轮的啮合润滑方式为从啮出侧喷入润滑油的喷溅润滑，两对齿轮啮合润滑油供给3-4级侧由供油管道直接供给，而1-2级供油由供油管道进入，通过箱体内的供油孔供给，供油孔与机体蜗壳靠在一起，蜗壳内气体的温度为120℃-140℃，则润滑油在通过机体油孔时润滑油温度提高到近100℃，此时润滑油粘度大大下降，见表一32号汽轮机油在40℃、100℃时的粘度值。润滑油的粘度降低，使齿轮表面的抗点蚀能力下降。

2.2.2载荷的影响

轮齿工作时，齿面接触应力是按脉动循环变化的，若齿面接触应力超过材料的接触疲劳极限时，齿面表层在载荷的多次重复作用下，产生细小的疲劳裂纹，通常开始于轮齿节线以下点蚀，这种麻点形成应力的增高，导致麻点问的金属疲劳引起齿廓的破坏。抗点蚀主要与齿面的硬度有关。载荷越大，越易产生点蚀和剥落，在实际运行中，由于轴承损坏或轴弯曲以及因正常或非正常原因多次启停离心式压缩机瞬间或因系统运行不稳定使压缩机的负荷发生急剧变化和环境工况变化较大时，齿轮会不断受到强力冲击，使齿轮载荷严重集中，局部应力过高，导致齿面的点蚀及至失效。

2.2.3安装使用的影响

现场安装技术规范不健全，测量仪器不完备，造成安装质量不稳定，达不到齿轮安装技术要求和质量标准。例如齿轮轴中心线的水平度、平行度、中心距、轮齿啮合间隙、接触面积以及轴承安装等不合格，在压缩机的检修过程中，多次更换轴承，在轴承的更换中，往往注重保证轴承的轴向、径向间隙，而对齿轮轴中心线的水平度、平行度、中心距等未进行过检测，此压缩机就曾发生过一次轴承安装高度不一致的情况，因轴承发生了较为严重的烧研时对齿轮轴的进一步检测时才发现了这一情况。有的违章操作，机械超负荷运转，超过齿轮的承载能力。

3解决办法及改进措施

3.1改进1-2级侧齿轮润滑的供油方式，由机体内油孔供油改为由机体外的供油管道供油，保证供油温度稳定在设计要求范围内。

3.2保证设备及系统运行稳定，减少压缩机的启停次数。

3.3规范检修规程，提高安装精度，检修过程增加齿轮轴中心线的水平度、平行度、中心距的检测项目.

4结束语

通过上述改进后，该压缩机经过一年运行后，在2005年7月的检修中发现齿面的点蚀现象没有明显的变化，证明采取以上的改进措施非常有效。我们又于2005年10月份对另一台同型号的压缩机进行了同样的处理。改进后原来发生的点蚀情况经观察，到目前为止也没有再进一步扩展，更进一步说明以上的改进措施有效可行。

参考文献：

[1]濮良贵1机械设计（第五版）1高等教育出版社

[2]机械设计手册联合编写组编1机械工程手册1机械工业出版社，1995

[3]林子光等编者1齿轮传动的润滑1北京：机械工业出版社，1982

[4]郭正德邵尔玉齿轮的失效分析北京机械工业出版社（M）1992

[5]戴娟等润滑对几种主要的齿轮传动失效形式的影响《机床与液压》2004年第1期，P147-148

作者简介：刘文玲，女，山东淄博人，高级工程师，副教授。

（淄博职业学院 山东淄博 255314）