機械傳動齒輪失效問題分析與應對策略

摘 要：在隧道工程機械設備故障中，機械傳動齒輪失效問題極為常見。而齒輪失效會對機械設備應用造成極大地不良影響。基于此，本文對機械傳動齒輪的失效問題進行了探究。分析了機械傳動齒輪的運行特征以及常見的齒輪失效形式，并在此基礎之上提出了應對策略。希望可以為工作人員提供參考。

關鍵詞：機械設備;機械傳動齒輪;齒輪失效

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.008

0 前言

機械齒輪在傳動過程中會因各種原因而出現失效。一旦出現失效問題，需要立即排查失效原因并及時地更換齒輪，以免對機械設備的正常應用造成影響。相關技術人員應該根據機械傳動齒輪的加工和使用經驗，對其運行特點和易導致齒輪失效的關鍵性因素進行總結，并在工作中做好防范措施。

1 機械傳動齒輪的特征

機械齒輪具有極高的傳動效率和穩定性。在傳動效率方面，機械齒輪的傳動效率可以居于機械傳動效率首位。一般而言，機械傳動齒輪的工作效率可以達到99%，正是因為機械齒輪具有這種特點，所以才得到了極為廣泛的應用。而在穩定性方面，穩定性是機械齒輪實現可靠傳動的根本。要實現機械齒輪的正常傳動使用，就必須確保其具有可靠性。

2 機械傳動齒輪的失效類型

2.1 因齒輪折斷而失效

齒輪折斷是機械傳動齒輪失效的主要原因之一。產生這種情況的原因有二。第一是齒輪因過度運轉發生疲勞進而折斷。在此情況下，機械齒輪在其運轉期間必然出現受力不合理的問題;當其受力于較高的比懸臂梁時，齒輪根部就會因壓力而形成彎曲性應力，則齒輪運轉期間的疲勞程度就會大幅上升;長此以往，在齒輪的根部圓角處會出現裂紋[1]。如果未及時地對這種情況進行調節，會導致根部裂紋持續擴大，進而出現齒輪折斷。第二是因齒輪負載過大而出現折斷。如果機械齒輪在進行傳動時，承受了超出限額的沖擊性負載，那么齒輪就會出現磨損破裂，進而被折斷。若齒輪因這種問題而折斷，那么其折斷位置并不固定，而且斷面會十分粗糙。

2.2 因齒面變形而折斷

如果齒輪處于低速超重的負荷運傳動狀態下，其表面則會因為齒輪滑動而產生摩擦;此時，摩擦力與表面的應力相結合，會使得齒輪表面出現塑性流動。這種塑性流動會導致齒輪的表面出現塑性變形，而且變形位置常見于齒輪的頂部。當齒面出現塑性變形時，常常伴有飛邊情況，極易出現折斷現象。

3 機械傳動齒輪失效的應對策略

3.1 優化機械齒輪加工工藝

齒輪加工工藝的合理性和有效性對齒輪的使用效果產生極大地影響。為了避免出現機械傳動齒輪失效的問題，相關工作人員必須加強對齒輪加工工藝的把控。在實踐操作中，應該將粗齒輪和精齒輪分離，并且并在完成機械齒輪粗切后再進行精滾加工。齒輪加工的精度必須滿足其實際應用的精度需求。需要注意的是，齒輪的精度必須超過9級，而且粗滾作業偏差不得超過0.03mm。在磨齒拋光階段，技術人員可以選擇使用電拋光或震動拋光兩種形式;完成拋光以后，齒輪的表面粗糙程度應得到有效提高。為了保證齒輪的使用效果，操作人員應該合理地應用大圓弧的齒根，并根據實際需求對齒面和齒形進行修正;工作中務必要消除或減輕嚙合干涉問題，降低齒根在工作時的接觸應力，提高齒輪的彈性柔度。當加工人員開始進行修飾性加工時，應在磨齒和研齒階段將齒輪的接觸應力從15%提高到25%左右;而在對機械輪齒進行修型時，則需要合理加工，使其使用壽命提高至少2倍，并將其彎曲壓力至少減少五分之一，以達到降噪減污的目的。需要注意的是，齒胚加工時必須多次應用切削加工以及熱處理技術，這樣才可以從根本上避免齒輪的傳動失效問題。而且，如果切齒刀具的韌性和耐磨性都比較高，而且其實際硬度大于工件的硬度，則這種道具的切削效果會比較明顯。所以，進行切齒時，一定要合理地選擇刀具。

3.2 優化齒輪的硬化處理工藝

齒輪的表面硬度、齒輪表層向芯過渡的實際剪切強度和剪應力比值都會影響齒輪的實際承載力[2]。在實際應用過程中，這種比值不可以超過0.55。目前，深層性滲碳淬火法是最為有效的齒輪硬化處理方法。該方法的應用不僅可以減少過渡區的殘余拉力，而且還可以得到較高的芯部硬度和較深的硬化層。應用這種方法進行硬處理，應該將齒面的實際碳含量控制在0.8%-1%之間，而且其表面至芯的硬度梯度必須最佳和緩狀態。通常來說，經過了深層性滲碳淬火，齒輪的表面硬度可以達到HRC58-62，若是想進一步消除其表面應力，就必須對熱加工處理工藝進行進一步優化。比如，可合理地應用氮碳共滲法，將氮的實際滲入深度控制在0.2mm左右，這樣就可以實現齒面的深度硬化。

3.3 優化齒輪的潤滑工藝

當完成齒面硬化后，將對齒輪進行潤滑加工。應該將機械齒輪形成的磨損性實效與潤滑實現有效分離。在對齒輪進行契合加工時，除了部分需要切點以外，其他部分都需要進行滾滑式運動，其特性應該與彈性流體的動力性潤滑理論相符。對于齒輪而言，潤滑工藝的有效性將直接影響其使用壽命，所以相關人員必須加強潤滑工藝優化。相比于傳統的基礎潤滑理論，彈性流體的動力性潤滑理論更為有效;該理論可以實現對機械齒輪表面的局部彈性變量的實際數據的把控，并且可以根據其剛性邊界，潤滑油膜的實際厚度需求計算出來。在機械齒輪的潤滑工藝流程中，潤滑工藝理論的應用對潤滑油膜壓力的分布狀況以及其形狀都具有十分大的影響。所以，技術人員在設計機械齒輪潤滑參數時，必須要根據其特點和潤滑需求，合理地選擇潤滑油的種類和使用方式。

4 結論

總而言之，為了保證機械傳動齒輪的正常運行，相關工作人員必須優化齒輪的加工工藝，并在其使用過程中加強管理，以延長齒輪的使用壽命。在工作中應不斷總結經驗，全面把握機械傳動齒輪失效的原因和其故障特點，依據實際情況選取最為有效的解決策略，提高機械傳動齒輪運行的穩定性。

參考文獻：

[1]汪淑艷，鐘慶海.關于機械傳動齒輪失效問題的探討[J].內燃機與配件，2019（09）：128-129.

[2]姚建安.關于機械齒輪傳動及傳動失效的特性分析[J].南方農機，2018，49（17）：195.

作者簡介：鄒子良（1986-），男，安徽淮南人，大專，助理工程師，研究方向：機械工程。