機械軸承和齒輪的失效原因及解決方案

姚少華

（大同煤礦集團機電裝備力泰有限責任公司， 山西 大同 037036）

引言

對于工業生產活動而言，機械設備是一項非常關鍵的內容，而軸承和齒輪作為機械設備的重要組成部分，其能否正常運行，將會對機械設備的效用發揮造成直接的影響，但機械設備在長期運行當中，出現軸承及齒輪失效的情況是不可避免的，想要有效降低這些零部件失效的影響，還需要相關維護人員對失效的原因進行全面的了解，以此為基礎，制定解決方案，才能確保機械設備的運行質量。

1 軸承失效原因和具體表現

1.1 磨損失效

機械運行期間，軸承零件相互摩擦是不可避免的，而長時間的摩擦會造成磨損問題，隨著磨損問題的加劇，會使軸承的形狀以及尺寸出現變化，同時會降低軸承表面的光滑程度，影響軸承的運行精度。特別是在軸承接觸面出現受力不均或者是軸承零件之間有異物進入的情況下，還會加快零部件的磨損速度。

1.2 斷裂失效

通常軸承在運行期間會受到外部載荷作用的影響，但由于軸承自身的承受能力有限，如果外部載荷作用超過軸承的承受限度，就會造成軸承斷裂的情況，而之所以會出現這種情況，主要有以下原因：一是軸承安裝缺乏合理性；二是軸承質量不合格，或者是之前受到損傷，存在縮孔以及裂紋等問題；三是部分軸承零件在制造期間，出現小裂紋、局部燒傷或者是生產過熱的情況，在這種情況下，受到外力的影響，就容易產生斷裂失效的問題。

1.3 腐蝕失效

對于機械設備而言，其運行環境也是造成軸承失效的重要原因之一，其中最容易造成軸承失效的原因就是腐蝕失效。這種失效問題主要是由于設備運行環境當中存在腐蝕性物質，在腐蝕物質接觸軸承零部件以后，會使軸承表面受到腐蝕，在軸承表面產生蝕坑，導致軸承表面逐漸變得粗糙、脆硬，進而出現失效的情況。

1.4 接觸疲勞失效

這種失效問題較為常見，主要是軸承表面受到交變應力影響產生裂紋，在應力作用較強的情況下，還可能造成斷裂的情況。

1.5 游隙變化以及塑性變形失效

外界因素是造成這兩種失效問題的主要原因，在溫度或者是外力作用的影響下，軸承就會出現塑性變形以及局部變形的情況，若塑性變形較為嚴重，就會造成軸承失效。而軸承在正常運行過程中，受到外部環境的影響，會使軸承零件間的配合間隙發生變化，不僅會降低軸承的精度。同時，還會存在軸承零部件之間出現咬死的情況，進而造成游隙變化失效。

2 齒輪失效原因和具體表現

2.1 磨損失效

這種齒輪失效情況較為復雜，涉及到輕微磨損、膠合磨損、腐蝕磨損以及過度磨損等情況。其中，輕微磨損主要是由于使用齒輪的過程中，應用的潤滑劑質量不佳，齒輪工作載荷超標或者是工作速度和齒輪粗超度存在不匹配的情況；而過度磨損則是由于未能對齒輪進行有效的潤滑，且運行空間未能做好密閉工作，導致機械設備在運行過程中出現嚴重的振動問題，而振動會形成一定的沖擊載荷，加速齒輪的磨損，最終造成過度磨損。而膠合磨損同樣是造成磨損失效的重要因素，其在機械齒輪運行期間較為常見。所謂的膠合磨損，實際就是齒輪在運行期間受到壓力影響，在其齒面產生黏著問題，而齒輪咬合期間，齒面金屬灰會被逐漸剝落，進而產生嚴重的膠合磨損問題，膠合磨損主要是沒有做好齒輪潤滑工作，齒輪潤滑程度無法滿足實際工況的要求，這時就容易產生膠合磨損問題。此外，若齒輪運行期間嚙合速度過快，或者是受到的應力影響較大，容易使齒輪局部出現溫度過高的問題，在這種情況下長期運行，非常容易造成嚴重的膠合磨損問題。而腐蝕磨損則是與軸承的腐蝕失效原理類似，主要是受到運行環境影響，齒輪與化學物質產生反應，出現腐蝕磨損。

2.2 折斷失效

在齒輪失效問題當中，折斷失效較為常見，若齒輪表面較為粗糙或者是齒根圓半徑相對較小，在受到交變應力影響的情況下，就容易在齒輪的齒根處出現嚴重的損傷，特別是在嚙合時，如果存在異物，更容易造成折斷失效的問題。

2.3 塑性變形失效

若用于制造齒輪的材料存在硬度不足的問題，且齒輪嚙合過程中存在較大的接觸應力，在沒有有效潤滑的情況下，齒輪就非常容易產生塑性變形，而塑性變形會造成齒面爬行的情況。在降低齒輪運行速度的同時，產生振動，影響齒輪運行的穩定性，進而引發鱗皺問題。另外，齒輪在重載工況下，其接觸應力會有所提升，加之沒有良好的潤滑以及齒輪轉速太慢，就容易造成起脊的問題。

2.4 疲勞失效

若齒輪材質不佳，或者是表面過于粗糙，在嚙合過載的情況下，容易出現齒輪點蝕的情況，且在齒輪嚙合期間，會增加相應的應力作用。在這種情況下，齒輪的運行方向及速度也可能會出現改變，進而對滑油膜的形成造成不利影響，引發疲勞失效的問題。

3 解決機械軸承及齒輪失效的具體方案

3.1 做好相關設計工作

分析機械抽成及齒輪失效的原因可以發現，設計問題是造成失效問題的主要原因之一，因此，相關設計人員在對機械軸承以及齒輪進行設計的過程中，必須要對造成失效的各項原因進行綜合的考慮，利用科學嚴謹的設計，盡可能的減少軸承及齒輪中的設計缺陷，避免由于齒輪設計質量不佳，造成失效問題。除此之外，機械軸承及齒輪在運行期間往往需要承受較大的工作載荷。因此，在進行設計時，還要考慮到運行環境對于零部件工作性能的影響，要結合機械的工作環境，選擇適合所處工作環境的材料進行設計，避免材料受到腐蝕或者是出現磨損、斷裂等情況造成失效問題[1]。

3.2 強化保養維護工作

相關人員應該認識到，維護保養工作的質量也是造成軸承、齒輪失效的主要原因之一。因此，在對機械進行使用的過程中，必須要對機械的軸承以及齒輪加強保養和維護，除了要選擇質量較好的潤滑油，做好零部件潤滑工作以外，還要對受損的零部件進行及時的更換，避免受損零部件在長期運行的情況下出現失效的情況。與此同時，保養維護人員在日常工作中，還要對各零部件之間的異物及污物進行及時的清理，使軸承以及齒輪的工作環境能夠得到有效的改善，避免各種失效隱患的出現[2]。

3.3 應用先進診斷方法

想要將機械當中的軸承、齒輪失效問題有效解決，除了要對各種失效原因進行全面的了解以外，相關單位還要對先進的診斷方法進行積極的引入，要通過高新技術，將各項故障隱患問題及時發現，確保各項隱患能夠被及時清除，避免出現失效的情況，除此之外，還要利用集成化以及智能化的診斷手段，對故障位置進行準確的判斷，以此來保證失效問題處理效率，保證機械的運行效益[3]。

4 結語

能夠造成機械軸承和齒輪失效的因素有很多種，而機械軸承以及齒輪的失效會對機械的運行安全以及運行效率造成巨大的影響。因此，必須要對機械軸承和齒輪失效問題保持高度重視，在充分了解其失效原因的基礎上，對各種解決方案進行科學的應用，從而為機械的平穩、高效運行提供支撐。