齿轮故障的常见形式与原因

  仪器信息网 ·  2009-03-10 19:49  ·  12552 次点击
一、齿轮故障的常见形式
齿轮由于结构型式、材料与热处理、操作运行环境与条件等因素不同,发生故障的形式也不同,常见的齿轮故障有以下几类形式。
(1)齿面磨损
润滑油不足或油质不清洁会造成齿面磨粒磨损,使齿廓改变,侧隙加大,以至由于齿轮过度减薄导致断齿。一般情况下,只有在润滑油中夹杂有磨粒时,才会在运行中引起齿面磨粒磨损。
(2)齿面胶合和擦伤
对于重载和高速齿轮的传动,齿面工作区温度很高,一旦润滑条件不良,齿面间的油膜便会消失,一个齿面的金属会熔焊在与之啮合的另一个齿面上,在齿面上形成垂直于节线的划痕状胶合。新齿轮未经磨合便投入使用时,常在某一局部产生这种现象,使齿轮擦伤。
(3)齿面接触疲劳
齿轮在实际啮合过程中,既有相对滚动,又有相对滑动,而且相对滑动的摩擦力在节点两侧的方向相反,从而产生脉动载荷。载荷和脉动力的作用使齿轮表面层深处产生脉动循环变化的剪应力,当这种剪应力超过齿轮材料的疲劳极限时,接触表面将产生疲劳裂纹,随着裂纹的扩展,最终使齿面剥落小片金属,在齿面上形成小坑,称之为点蚀。当“点蚀”扩大连成片时,形成齿面上金属块剥落。此外,材质不均匀或局部擦伤,也容易在某一齿上首先出现接触疲劳,产生剥落。
(4)弯曲疲劳与断齿
在运行过程中承受载荷的轮齿,如同悬臂梁,其根部受到脉冲循环的弯曲应力作用最大,当这种周期性应力超过齿轮材料的疲劳极限时,会在根部产生裂纹,并逐步扩展,当剩余部分无法承受传动载荷时就会发生断齿现象。齿轮由于工作中严重的冲击、偏载以及材质不均匀也可能会引起断齿。断齿和点蚀是齿轮故障的主要形式。
齿轮故障还可分为局部故障和分布故障。局部故障集中在一个或几个齿上,而分布故障则在齿轮各个轮齿上都有体现。
二、齿轮故障的原因
产生上述齿轮故障的原因较多,但从大量故障的分析统计结果来看,主要原因有以下几个方面:
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。
三、齿轮损伤形式与原因对照表
根据上述分析,结合大量故障损坏实例,表1列出了齿轮常见的损伤、损坏形式及产生原因。
表1齿轮常见损伤形式及其产生的原因
续表

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