釜用減速機齒輪點蝕產(chǎn)生原因分析及應(yīng)對措施

呂文勝 吳剛

【摘 要】通過對釜類減速機的齒輪發(fā)生點蝕的現(xiàn)象，分析了齒輪發(fā)生點蝕的機理及發(fā)生過程，對引起減速機齒輪點蝕的影響因素進行了分析，并制定出相應(yīng)的解決措施，達到減少減速機齒輪點蝕，延長減速機使用壽命的目的。

【關(guān)鍵詞】減速機；齒輪；點蝕；措施

中圖分類號： TG333 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）20-0041-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.015

0 前言

減速機是釜用攪拌的重要組成部分，齒輪是減速機的心臟，齒輪損壞是減速機失效的主要原因之一，齒輪損壞形式有：齒面點蝕、輪齒折斷、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性流動等。在減速機的使用過程中，齒輪點蝕是減速機最常見的損壞形式，減速機齒輪點蝕嚴(yán)重會造成設(shè)備運行振動大，油溫升高，加劇軸承磨損，以至減速機使用2-3年就需要進行大修。通過對事業(yè)部2016年度釜類減速機維修統(tǒng)計（見表1）。可以看出對于釜類攪拌器減速機而言，齒面點蝕是減速機在使用過程中最常見的損壞形式。

表1 2016釜類減速機維修情況統(tǒng)計

1 齒輪點蝕機理

1.1 點蝕概念

一對齒輪嚙合時，兩齒面之間在接觸處產(chǎn)生循環(huán)變化的接觸應(yīng)力（見圖1），如果這種接觸應(yīng)力超過齒面材料的接觸疲勞極限時，齒輪工作一定時間以后，在齒面表層內(nèi)部就會出現(xiàn)微觀的疲勞裂紋，隨著這種裂紋的蔓延與擴展，齒面金屬表層將產(chǎn)生片狀剝落而形成麻坑（見圖2），這種現(xiàn)象稱為點蝕[1]。當(dāng)點蝕出現(xiàn)以后，齒面的承載面積迅速減少，并使接觸應(yīng)力急劇增大，不僅加劇了齒面的疲勞破壞，同時也破壞了齒面嚙合的正確性，引起相當(dāng)大的動負荷，最終導(dǎo)致齒輪齒面的大片剝落而報廢。

1.2 點蝕機理及過程[2]

齒面點蝕屬于表面疲勞磨損，是指齒輪嚙合時，輪齒衰面在交變應(yīng)力作用下，產(chǎn)生裂紋和分離出微片而破壞的結(jié)果。

根據(jù)克拉盞里斯基的磨損疲勞理論，點蝕的基本機理是：由于表面粗糙度和波紋度的存在，兩個齒面的表面接觸是不連續(xù)的；磨損是由于實際接觸區(qū)的局部變形和局部應(yīng)力而發(fā)生的材料機械破壞過程；摩擦表面某些部分的材料疲勞破壞將取決于接觸區(qū)所承受的交變載荷。

點蝕過程是由三個發(fā)展階段所組成的。一是面的相互作用；二是在摩擦力的影響下，接觸材料表層性質(zhì)的變化；三是表面的破壞和磨損徽粒的脫落。表面相互作用是這三個發(fā)展階段中最重要的階段，同時必須考慮到相互作用的雙重特性和接觸的不連續(xù)性。

2 點蝕產(chǎn)生的原因及應(yīng)對措施

2.1 減速機制造、裝配精度的影響

減速機的早期點蝕原因之一是由于裝配精度低，造成齒輪接觸面積減小局部超負荷，使實際接觸應(yīng)力大大超過齒輪材料的許用接觸應(yīng)力，這是由于該齒輪副的兩中心線不平行或交叉偏差過大和齒輪加工時齒向誤差過大造成的。

而齒輪材料的和熱處理硬度選擇不當(dāng)，造成齒面硬度偏低，滿足不了運行需要，也是造成點蝕的一個重要原因。

2.2 安裝精度的影響

在減速機和電機安裝后軸對中不合規(guī)范要求，造成電機聯(lián)軸器和減速機輸入端聯(lián)軸器不同心，造成減速機輸入端齒輪受力不均，一側(cè)傳動齒輪超負荷受力，引起齒面點蝕，造成減速機齒輪損壞失效。

2.3 載荷的影響

釜類設(shè)備減速機載荷主要來源有兩個：一是載荷主要來源于攪拌、槳葉載荷，釜內(nèi)介質(zhì)密度過大、液位過高都會造成攪拌載荷增大，引起齒輪點蝕；二是傳動軸系振動引起載荷增大，由于軸承與軸承孔配合間隙變大、傳動軸承剛度等原因，引起軸系不正常振動，產(chǎn)生齒面點蝕。

2.4 潤滑油的影響

潤滑油能減少機械傳動中的磨損，減震、潤滑、提高設(shè)備預(yù)期壽命。因此在日常的齒輪維護中，創(chuàng)造良好的潤滑條件，采用合理的潤滑技術(shù)減少和降低齒輪齒面點蝕磨損等損傷是現(xiàn)場技術(shù)人員必須關(guān)注的課題[3]。

2.4.1 潤滑油油質(zhì)的影響

齒輪產(chǎn)生齒面點蝕的首要條件是有微裂紋.然后在工作過程中多次重復(fù)受載，裂紋不斷擴展，導(dǎo)致點蝕.裂紋源是由于機械加工產(chǎn)生于表面，或材料組織不均勻（存在夾渣、氣孔和硬質(zhì)顆粒等）以及局部剪切應(yīng)力過大，產(chǎn)生于表層（表面下），裂紋源反復(fù)受載，裂紋逐漸被拉開，以至延伸到表面而脫落。

潤滑油的粘度對點蝕的影響很大，工作過程中稀薄的潤滑油比粘稠的潤滑油更易滲透到裂縫中去，造成裂紋的擴展，粘度大的潤滑油緩沖吸振性強，承載能力強。粘度高的潤滑油，可以減緩沖擊.延緩裂紋的擴展，增強齒輪的抗點蝕能力。如果添加低粘度的潤滑油，極易造成減速機齒輪點蝕。

在生產(chǎn)使用經(jīng)常出現(xiàn)減速機箱體內(nèi)進水造成潤滑油乳化的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)減速機進水主要來源是減速機輸入端油封（見圖3）損壞后，水沿著減速機輸入軸進入齒輪箱，造成潤滑油乳化變質(zhì)。使?jié)櫥偷恼扯冉档停休d能力降低，造成齒面點蝕。

2.4.2 添加劑的影響

潤滑油添加一定比例的油性劑、極壓添加劑，會起到降低摩擦，增大邊界油膜的強度，可以提高齒輪的抗點蝕能力。但有些添加劑中存有腐蝕性物質(zhì)，會導(dǎo)致金屬齒面銹蝕，從而引發(fā)裂紋；添加劑中存在氣泡也會造成齒面點蝕磨損脫落。

2.4.3 油溫的影響[4]

油溫過高會降低潤滑油粘度，不利于齒輪齒面間的油膜形成，齒輪嚙合面的潤滑膜變薄，齒面的承載、抗磨能力降低，出現(xiàn)點蝕。

3 減少點蝕的措施

（1）在進行減速機選型時，根據(jù)設(shè)備的使用載荷選擇適當(dāng)?shù)凝X輪材料和熱處理硬度，由專業(yè)技術(shù)人員對減速機組裝進行監(jiān)造，確保齒輪安裝精度，保證齒輪的接觸精度，從而減少點蝕。

（2）攪拌軸安裝時，嚴(yán)格控制攪拌釜機架的找平和攪拌軸的鉛錘度和跳動度，鉛錘度

（3）減速機和電機分段安裝，減速機和電機、減速機和被帶動設(shè)備間嚴(yán)格按《機械設(shè)備安裝工程 施工及驗收通用規(guī)范》 GB50231就行設(shè)備軸對中找正，使兩端跳動不超過0.1mm，保證減速機安裝精度。

（4）對于釜用攪拌減速機，合理控制噴膠量，控制釜內(nèi)物料密度，穩(wěn)定釜內(nèi)液位，減少載荷及降低交變載荷的變化率，從而減少齒輪點蝕。

（5）合理選擇底部軸承和中間軸承的材質(zhì)，將以前的錫青銅和四氟乙烯材質(zhì)改為四氟乙烯+尼龍，減少了軸承和攪拌軸的磨損及時修復(fù)軸承及軸承與軸承座間間隙來減少由于振動帶來的減速機載荷增大，以此延長齒輪使用壽命。

（6）選擇合適粘度的潤滑油，定期對油質(zhì)抽檢，出現(xiàn)問題時及時更換。電機與減速機連接處和減速機輸入軸油封壓蓋加密封膠，防止雨水進入。將減速機內(nèi)置內(nèi)冷管改為外置循環(huán)冷卻系統(tǒng)（如圖4），并在管線上增加過濾器，減少內(nèi)冷管破損造成的潤滑油變質(zhì)，過濾潤滑油中的雜質(zhì)，增強換熱器的冷卻效果，保證潤滑油的質(zhì)量。

（7）釜用減速機使用循環(huán)水進行冷卻，循環(huán)水中的鈣化物會在內(nèi)冷管內(nèi)沉積造成內(nèi)冷管和換熱器換熱效果差，甚至堵塞造成潤滑油油溫過高，因此應(yīng)定期對減速機內(nèi)冷管進行化學(xué)清洗，保證內(nèi)冷管的撤熱效果，避免溫度升高引起減速機齒輪點蝕。

（8）減速機在選擇合適的潤滑油后可適當(dāng)按照比例混合一些抗磨耐壓的添加劑，增強減速機齒輪的潤滑效果，減少齒輪的點蝕。

4 結(jié)論

減速機齒輪發(fā)生點蝕的影響因素較多，不僅與減速機自身的制造精度，齒輪材料，硬度配比有關(guān)，還和減速機、攪拌系統(tǒng)的安裝精度，載荷分布和冷卻、潤滑有著密切的關(guān)系。因此在今后減速機的設(shè)備安裝和維護方面，嚴(yán)格按照上述措施進行改進，降低減速機齒輪點蝕的程度，延長減速機的使用壽命。

【參考文獻】

[1]馬愛慶.減速器齒輪發(fā)生點蝕的分析[J].煤炭技術(shù)，2006（2）：22-24.

[2]傅志紅，張凱.齒面接觸疲勞點蝕原因分析[J].株洲工學(xué)院學(xué)報，1995（3）：57-60.

[3]朱磊.淺論潤滑對齒輪齒面損傷的影響[J].潤滑油，2010（25）：21-24.

[4]Hoehn，B.-R.Influence of Oil Temperature on Gear Failures [刊，德].Tribology International-2004.37（2）：103-109.