齒輪可以說是機械設備當中最為常用的傳動零件,許多機械設備發生故障也是由于齒輪引起的。在我們公司大致把齒輪故障分兩大類:第一類是軸承損傷、不平衡、不對中、齒輪偏心、軸彎曲等。第二類是齒輪本身(即輪齒)在傳動過程中形成的故障。
齒輪本身形成的故障大致分為:
1.斷齒
斷齒是最常見的齒輪故障,輪齒的折斷一般發生在齒根,因為齒根處的彎曲應力最大,而且是應力集中之源。
斷齒有三種情況:①疲勞斷齒 由于輪齒根部在載荷作用下所產生的彎曲應力為脈動循環交變應力,以及在齒根圓角、加工刀痕、材料缺陷等應力集中源的復合作用下,會產生疲勞裂紋。裂紋逐步蔓延擴展,最終導致輪齒發生疲勞斷齒。②過載斷齒 對于由鑄鐵或高硬度合金鋼等脆性材料制成的齒輪,由于嚴重過載或受到沖擊載荷作用,會使齒根危險截面上的應力超過極限值而發生突然斷齒。③局部斷齒 當齒面加工精度較低、或齒輪檢修安裝質量較差時,沿齒面接觸線會產生一端接觸、另一端不接觸的偏載現象。偏載使局部接觸的輪齒齒根處應力明顯增大,超過極限值而發生局部斷齒。局部斷齒總是發生在輪齒的端部。
2.點蝕
點蝕是閉式齒輪傳動常見的損壞形式,一般多出現在靠近節線的齒根表面上,發生的原因是齒面脈動循環接觸應力超過了材料的極限應力。 在齒面處的脈動循環變化的接觸應力超過了材料的極限應力時,齒面上就會產生疲勞裂紋。裂紋在嚙合時閉合而促使裂紋縫隙中的油壓增高,從而又加速了裂紋的擴展。如此循環變化,最終使齒面表層金屬一小塊一小塊地剝落下來而形成麻坑,即點蝕。 點蝕有兩種情況:①初始點蝕(亦稱為收斂性點蝕) 通常只發生在軟齒面(HB<350)上,點蝕出現后,不再繼續發展,甚至反而消失。原因是微凸起處逐漸變平,從而擴大了接觸區,接觸應力隨之降低。②擴展性點蝕 發生在硬齒面(HB>350)上,點蝕出現后,因為齒面脆性大,凹坑的邊緣不會被碾平,而是繼續碎裂下去,直到齒面完全損壞。 對開式齒輪,齒面的疲勞裂紋尚未形成或擴展時就被磨去,因此不存在點蝕。
3. 磨損
齒面的磨損是由于金屬微粒、塵埃和沙粒等進入齒的工作表面所引起的。齒面不平、潤滑不良等也是造成齒面磨損的原因。此外,不對中、聯軸器磨損以及扭轉共振等,會在齒輪嚙合點引起較大的扭矩變化,或使沖擊加大,將加速磨損。 齒輪磨損后,齒的厚度變薄,齒廓變形,側隙變大,會造成齒輪動載荷增大,不僅使振動和噪音加大,而且很可能導致斷齒。
4. 膠合
齒面膠合(劃痕)是由于嚙合齒面在相對滑動時油膜破裂,齒面直接接觸,在摩擦力和壓力的作用下接觸區產生瞬間高溫,金屬表面發生局部熔焊粘著并剝離的損傷。 膠合往往發生在潤滑油粘度過低、運行溫度過高、齒面上單位面積載荷過大、相對滑動速度過高、接觸面積過小、轉速過低(油帶不起來)等條件下。齒面發生膠合后,將加速齒面的磨損,使齒輪傳動很快地趨于失效。
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