變速器齒輪及齒輪軸損傷分析與維修

郭洪亮+王春子

摘要：齒輪和齒輪軸是變速器主要零件，通過對變速器齒輪及齒輪軸損傷的分析，提醒使用者在使用過程中注意操作方法，注意對其進行保養。

關鍵詞：變速器；齒輪；齒輪軸；損傷分析

中圖分類號：S229.1 文獻標識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.10.051

1 變速器齒輪

變速器的齒輪經常在高轉速、高負荷情況下工作，所承載的轉速和負荷又是在不斷變化的，所以齒輪易損壞。

1.1 齒輪的損傷原因分析

（1）齒面磨損、疲勞點蝕與拉傷。變速器齒輪的齒面既有滾動摩擦，又有滑動摩擦，而且經常處于高轉速，大負荷及頻繁換擋，齒面承受沖擊力和交變載荷，所以不可避免地產生磨損與疲勞點蝕。當潤滑油不足或油質較差，磨料進入齒間，潤滑油中有腐蝕性物質時，都將加速齒面磨損，并易產生拉傷及疲勞。變速器有關零件加工質量差或變形，使用操作不當等都將造成齒輪的早期損傷。齒輪的檢驗除用目測法外，還可用測齒卡尺、公法線千分尺或普通游標卡尺進行測量。當齒面有輕微麻點，其面積不超過15%，邊緣略有破損時，可用油石或小砂輪修整后繼續使用；當齒厚磨損超過允許極限，麻點面積超過上述規定時應維修或更換。

（2）輪齒的裂紋與斷裂。輪齒斷裂是由于工作應力大于輪齒的斷裂應力或有裂紋的輪齒其應力強度因子大于輪齒斷裂韌性所致。工作應力增大的最常見原因是：機械長期超負荷工作或因操作不當、齒面磨損、齒輪與花鍵軸配合松曠等產生沖擊載荷或因輪齒形位誤差過大、箱體形位誤差過大，齒輪軸變形等，使齒面嚙合性能變壞，局部應力增高。輪齒承載能力低，一是鍛造時有細微裂紋、夾層等；二是齒根存在著隱傷產生較大的應力集中。斷齒多發生在根部，輪齒斷裂或裂紋時應更換新件。

（3）齒輪花鍵孔的磨損。齒輪花鍵齒承受較大的擠壓應力，滑動齒輪副受到摩擦磨損，因而使花鍵齒側間隙增大。由于一般齒輪比軸硬度高，所以花鍵孔磨損較少。只有當潤滑油不足或混入磨料時磨損才加劇。又由于花鍵齒側間隙增大后對齒輪嚙合影響不大，所以花鍵齒側間隙允許較大，如D80A-12型推土機的花鍵齒側間隙為0.20 mm。

1.2 齒輪的維修

（1）齒面上出現少量的斑點、剝落或者邊緣有損壞，在不影響使用的情況下可用油石修磨；而當齒輪磨損厚度超過0.2 mm，齒寬磨損超過原齒寬的25 %，或者齒面斑點占總齒面的20%以上時，則必須予以修復或更換。

（2）齒輪磨損松曠，要用千分表來測量齒輪和內座圈之間的游隙。常嚙合齒輪的嚙合側隙為0.15～0.50 mm，接合齒輪的嚙合側隙為0.10～0.40 mm。各齒輪的嚙合印痕應在齒輪嚙合面中部且不小于嚙合面的60%。在裝上滾針軸承的狀態下，用千分表測量齒輪和軸之間的間隙，標準間隙為0.009～0.060 mm。若間隙超過0.5 mm，則表示軸外徑、軸承或齒輪內孔磨損，應修復。齒輪斷齒時一般應報廢。如果只有個別齒折斷也可用堆焊或鑲齒法修復。

2 變速器齒輪軸

變速器齒輪軸在工作中，承受著交變的彎、扭力矩，鍵槽部位還承受著擠壓、沖擊和滑動摩擦的作用，因此，齒輪軸常見的損壞有軸頸、鍵槽的磨損以及彎、扭等。變速器軸產生缺陷后，將造成變速器工作時振動大、噪音大，還可產生跳擋、脫擋、掛不上擋等變速器故障。

2.1 齒輪軸的損傷原因分析

（1）齒輪軸彎曲變形。齒輪軸變形是由于負荷及內應力過大造成的。對工作影響較大的是彎曲變形，一般彎曲后直線度誤差不應大于0.04 mm。

（2）與軸承配合的軸頸磨損。軸承與軸頸配合過盈量一般約為0.01～0.05 mm。當過盈量消失時，內圈與軸頸間將產生相對運動而使軸頸磨損增大。但是由于軸承內圈與軸頸間的滑動阻力大于滾動阻力，因此兩者之間不會形成高速相對運動；又由于變速器內潤滑油較充足，當內圈與軸頸間形成0.02～0.04 mm的間隙時才會形成潤滑油膜，其磨損速度會大大減慢，所以大修時只有當內圈與軸頸間出現大于0.04 mm的間隙時才予以維修。

（3）齒輪軸花鍵的磨損。齒輪軸花鍵磨損使徑向間隙與齒側間隙增大。推土機等工程機械齒側間隙容許值約1.40 mm，汽車齒側間隙容許值約為0.30 mm。

2.2 齒輪軸損傷的維修

（1）軸頸如系輕微的傷痕、毛糙、溝紋或失圓、不柱度等，可用0號砂布或油石打磨光滑使用。

（2）軸頸如有嚴重的溝紋、傷痕、毛糙及磨損，失圓和不柱度超過允許限度時，應在磨床上光磨修整。淬火硬度低或未淬火的一般軸，可在車床上車削、砂光使用。軸頸磨損嚴重時可堆焊或鑲套維修。堆焊時可用振動堆焊、埋弧焊、氣體保護焊等；焊后應進行無損探傷。

（3）齒輪軸直線度誤差超過0.04 mm時可進行冷壓校正或局部火焰加熱校正。校正時要控制好校正量，加壓支承部位應正確，尤其應注意不要使階梯軸肩處因校正產生應力集中。

（4）軸修復后的技術要求。①軸不得有裂紋、損傷、傷痕等缺陷。②軸上堆焊的金屬，應緊密無孔隙、燒傷、未焊透和孔渣等現象。③軸頸的失圓和不柱度，不得超過規定。

2.3 花鍵的維修

花鍵磨損后可用氣焊或縱向自動堆焊法修復磨損的齒側面，然后以未磨損花鍵為基準，銑削花鍵。為防止堆焊時產生裂紋與變形。堆焊前最好進行低溫預熱（200～250 ℃），焊后緩冷。焊后應檢查變形，必要時先校正后銑齒。