機械變速箱的齒輪失效作用分析及改進

鄭健

摘要：齒輪是機械變速箱的關鍵零部件，在維持設備持續運行能力發揮了十分關鍵的作用。以此開展了機械變速箱的齒輪失效作用分析及改進研究。針對齒輪運轉摩擦失效、機械變速箱微震失效及齒輪沖蝕作用是失效3個方面的問題，提出更換齒輪原材料、使用化學藥品、隔離劑等具有潤滑作用的試劑鍍層齒輪內部機體、調整軟韌性材料運轉角度等改進措施。提升齒輪在變速箱的持續運轉能力。

關鍵詞：機械變速箱;齒輪失效;作用分析;改進

0? 引言

工業的發展在一定程度上促進了現代化工業設備的革新，盡管大規模使用機械設備可提高產品的生產效率，但在使用中會不可避免的出現機械設備故障抑制生產活動持續進行的現象發生，變速箱作為機械設備運行的關鍵零部件之一，在維持設備運行過程中起到了重要的作用。結合目前對于機械變速箱的研發，線路總成的可靠性是評估設備綜合性質量的有效方法之一。齒輪轉動是機械設備運行失效的主要模式，主要是指在設備運行過程中，由于設備齒輪運轉受到外界因素的控制，導致整體機械設備功能發生損傷性失效[1]。機械變速箱在運行過程中會由于設備潤滑能力較差、清潔不完全或變速箱安裝階段的操作不規范，造成設備齒輪磨損，進而導致齒輪失效。失效作用共分為齒輪粘著失效、齒輪擦傷失效或腐蝕性失效，無論任何一種失效作用均會對齒輪運轉造成損傷、內部材料損耗。作用分析主要是指采用多種技術手段，檢索機械設備出現失效的原因，并根據設備的實時運行情況，制定合理的故障改進措施，避免相同失效作用的反復出現，以此可證明分析機械設備變速箱的齒輪失效作用是提高設備運行質量的主要手段。為機械設備的廣泛應用提供技術層面支持。

1? 機械變速箱的齒輪失效作用分析

結合接卸變速箱在設備中的應用方式及實時運轉情況，下述將從3個方面，開展機械變速箱齒輪失效作用的詳細分析。分析機械變速箱內齒輪的磨損現狀，由于齒輪運轉中會與設備機體表層產生摩擦，發生滑動或滾動作用，滑動摩擦持續一段時間，設備內部會產生大量熱量，降低潤滑劑的潤滑作用。此外，滑動摩擦會導致設備構成原材料受到損害，導致滑道上堆積部分材料顆粒，抑制齒輪轉動[2]。齒輪在持續運轉過程中，渣料顆粒嵌入設備表層，造成機體內部表層凸起，或鍥入轉入角（/迎角）內，對生產活動造成一定程度的影響。如圖1所示。

根據圖1中表述信息，隨著齒輪迎角角度的增大，齒輪受到切削的截面面積逐步增大，呈現正向相關函數關系[3]。齒輪受到磨削失效作用影響相對平穩，及角a大于20時，處于失效可調節狀態，經過多次齒輪磨粒實驗，齒輪中粒度值或粒度尺寸大小同樣會對齒輪失效造成影響，成為抑制變速箱持續運轉的關鍵元素之一。

機械變速箱微震通常發生在機械設備緊配摩擦區間，包括齒輪中心軸與軸承孔洞連接誤差，齒輪螺絲扣與設備機體連接過松或過緊，編織繩纏繞次數過多等，上述提出的措施產生的震動頻率通常在30～500微米之間，此時狀態下產生的微陣為造成齒輪與機體表面在較短時間內的大量反復接觸。若變速箱安裝原材料為鐵、銅等金屬，極易在微震狀態下金屬發生物理作用，例如，鐵、銅金屬的氧化，變速箱內壁隨之產生一系列化學反應，并在微震狀態下掉落金屬殘渣，掉落的殘渣依附在變速箱內壁上，對設備齒輪運轉造成不可逆的損害，嚴重狀態下會造成變速箱管線斷裂。

齒輪沖蝕作用是失效檢測中極易被忽視的失效作用之一，主要是指齒輪在運轉中由于空氣中細微的化學物質或水汽帶來的分子顆粒，沖刷變速箱機體，在表面形成一層新的保護鍍層，盡管對機體化學反應造成一定的抑制作用，但會對齒輪運轉中的形變造成影響。尤其固體離子當摩擦溫度升高時，在空間中游離速度最高可達55～65m/s，在齒輪反復形變的過程中對其造成一定的沖擊力，降低性便可持續能力。硬質材料受到固體離子超過600的沖擊時，會基于其脆性物理性質導致齒輪嚴重受損，且溫度與粒子運動速度兩者呈現正相關關系，齒輪運轉速度越快，產生摩擦力越大，管體內穩定持續升高，粒子運動速度提升，對齒輪造成的沖擊力強度加大，造成機械變速箱的齒輪失效。

2? 改進措施

根據上述開展的機械變速箱齒輪失效作用分析，明確了齒輪失效的主要原因，以此下述將從3個方面提出合理的改進策略。其一，按照機械設備標準流程安裝變速箱齒輪，更換齒輪原材料，在提升齒輪形變能力的同時，提高機體的綜合硬度。或在使用原始材料的基礎上，引入第二材質材料，提升齒輪運轉中自身的切削能力，在硬力程度較高的條件下，析出高質材料，或塑形硬化材料，提供齒輪可持續運轉材料方面支持[4]。對于已經出現脆性情況的齒輪，可采用提升機體材料力度的方式，改善其脆性特點。增加機體內部的潤滑程度，滴澆橄欖油、潤滑油，防止生產碎渣或直徑大于1微米的磨粒與機體內部表層之間接觸。

其二，在齒輪安裝初期，使用專業設備磨砂紙打磨齒輪與機體直接接觸面，提高表層之間的平滑而航都，降低平面粒度值，進而降低微區震動幅度，減少掉落的碎渣，減小微震區域接觸應力數值[5]。同時，使用化學藥品、隔離劑等具有潤滑作用的試劑，不但可避免金屬長時間暴露在空氣中氧化，同時可在齒輪內部形成一層新的機體保護鍍膜，對齒輪運轉起到隔離保護作用。由于齒輪微震失效是由于電化學對齒輪產生的化學腐蝕，因此，應配套齒輪螺絲與機體，加緊配套裝置，降低微震產生的概率。此外，增設摩擦隔離層，包括在齒輪間隙中填充四氟乙烯化學填充劑，安裝設備隔絕套或隔絕膜，配對材料與支持材料，避免由于金屬性質不同造成失效影響。

其三，針對上述提出的齒輪沖蝕失效作用，首先應將軟韌性材料運轉角度調整至30°，提供齒輪沖擊角緩沖區域，避免對齒輪的直接傷害，適當的調整沖擊角角度值可有效的降低壓力值。其次，降低齒輪內部表層粗糙程度，調整齒輪正確運轉形狀，避免微力區域過于集中導致齒輪運轉故障。最后，鍍層外部金屬，調整齒輪軸向力作用，縮短齒輪中心軸間隙，降低由于齒輪形變帶來的壓力誤差。

3? 結束語

齒輪失效會直接影響機械設備的可持續運轉，嚴重情況下威脅設備安全，造成較為嚴重的經濟損失，以此本文開展了機械變速箱的齒輪失效作用分析及改進的研究。由于機械設備運轉中可對齒輪造成影響的因素較多，因此，有關調研人員應不斷加強及完善機械設備的更新，查找出現齒輪失效的詳細原因，引入大數據技術，評估不同失效作用權重比值，設計專門數據庫，用于存儲齒輪失效數據，一經發生相似齒輪失效，可在最快時間內做出反應，提出改進策略，進而保障變速箱的持續運行。

參考文獻：

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