齒輪失效分析研究

摘要：系統地分析齒輪失效的各種因素，結合故障樹，以輪齒折斷為例，找出故障的原因，對設備管理、現場分析及設計方案不完善而引起的故障分析有很大的意義。

關鍵詞：齒輪失效 故障樹 故障分析

1 概述

圓柱齒輪傳動由于具有傳動比精確、結構緊湊、效率高及壽命長的優點，被廣泛應用于各種工業部門，因而圓柱齒輪傳動也成為各類機械中重要的零件之一。然而齒輪的失效卻是造成機器故障的重要因素之一，會直接影響到整個機器的工作狀態。

2 齒輪的失效分析

齒輪的失效形式由多種因素綜合造成，且隨著齒輪材料、熱處理、運轉狀況等因素的不同而不同，其失效的主要形式有：①齒面耗損，包括磨料磨損、腐蝕磨損、膠合等；②齒面疲勞，包括點蝕、初期點蝕、剝落、表層壓碎等；③齒面塑性變形，包括壓痕、輪齒錘擊塑變、呈波紋折皺等；④輪齒折斷及裂紋等。

引起齒輪的失效的因素有許多種，可以從以下幾個方面來分析：

設計因素：設計品質對產品的品質有著決定性的作

用。某雷達產品的天線俯仰機構中，小齒輪與軸通過鍵聯結，由電機帶動與大齒輪嚙合，從而完成絲桿的伸縮運動。由于設計時小齒輪鍵槽開在齒根方向，齒根部強度薄弱，在受到短時過載的沖載荷作用時，輪齒承受的應力超過其極限應力，從而導致輪齒過載折斷。找出原因后，經過重新設計計算，用軸齒輪代替原來的小齒輪，取消鍵聯結方式，保證了齒根部的結構強度要求。

材質因素：齒輪的材料應根據其用途及工作條件來選擇：速度較高的齒輪傳動，齒面易產生點蝕，應選用高硬度材料；有沖擊載荷的齒輪傳動，輪齒易折斷，應選用韌性較好的材料；低速重載的齒輪傳動，輪齒既易折斷又易磨損，應選用機械強度大，經熱處理后齒面硬度高的材料。

制造工藝因素：在齒輪加工過程中，由于機床、刀具、夾具和齒坯在制造、安裝和調整時不可避免地存在一些誤差，從而形成了齒輪的運動誤差、平穩性誤差和齒面誤差，使齒輪的傳動精確度降低。一對齒輪在相互滾碾沖擊作用下，接觸應力過高，傳動嚙合不良，易造成齒面塑性變形。根據齒輪材料，制定合理的加工、淬火等工藝規程，并嚴格控制工藝過程，可以有效地避免淬火裂紋及磨削裂紋的出現。

裝配調試因素：由于安裝裝配誤差，在機器長時間運作過程中，也會引起齒輪失效。如兩齒輪裝配中心距過大時，會造成齒頂部接觸，使傳動精度下降或產生沖擊；中心距過小時，會造成齒根部接觸，在運動中產生干涉現象；在安裝過程中，電機軸和小齒輪的軸線之間的同軸度誤差，小齒輪軸線和大齒輪軸線之間的平行度誤差超出誤差范圍時，齒側間隙和齒頂間隙在全齒寬上下不相等，重合度變小等，都對輪齒的正確嚙合產生影響，在運行中產生沖擊和振動。若未及時發現進行調整，將會造成齒輪副振動，引發小齒輪斷齒。

運轉維修因素：機器在使用過程中，若出現過載運轉、操作失誤、維修保養不善等因素，都會使失效的機率提高，增加了事故的可能性。另外，在齒輪傳動中，潤滑條件的保證也是一項重要因素。潤滑條件包括：潤滑劑選擇是否合適、潤滑方法、冷卻加熱、過濾系統是否合理可靠等方面。

3 齒輪異常的分析方法

一旦齒輪出現了異常的情況，應該如何正確判斷，分析產生的原因呢？以輪齒的折斷為例，可以從下面的故障樹進行分析，確定主要因素，逐步分析。

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通過以上分析，可以找出導致輪齒折斷的原因，對設備管理、現場分析及設計方案不完善而引起的故障分析有很大的意義。

4 結束語

在實際的生產中，用故障樹分析法能有效地找到故障發生的原因，采取合理的措施，對設計的改善、降低維修費用、防止突發性事故意義重大。

參考文獻：

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作者簡介：陶燁（1970-），江蘇啟東人，工程師，主要從事雷達工程結構設計。