機械齒輪斷齒的原因探究

敖祥 徐崠瑀

摘要：實際上，在進行煤礦建設工作時，相關機械設備長期處于工作狀態，承受的壓力非常大，所以機械齒輪經常出現各種各樣的問題，包括機械疲勞問題、齒面腐蝕問題、機械輪齒開裂問題、機械零件變形問題等。由此可見，想要保證煤礦建設工作的順利進行，就一定要積極研究影響機械齒輪斷齒的因素，探索有效的防治方案。本篇文章就將深入研究機械齒輪斷齒的主要原因，以及預防機械齒輪斷齒的有效措施，希望能夠給相關工作者一些啟迪和幫助。

關鍵詞：采礦工作;機械設備;齒輪斷齒;具體方案

中圖分類號：TH1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0186-02

0 ?引言

伴隨著我國經濟的飛速發展和社會的不斷進步，大家對煤炭行業的發展要求越來越高。煤炭作為工業發展中非常重要的資源能源，相關開采工作受到了大家的廣泛關注。目前來看，國內的露天煤礦非常少，主要的煤礦資源集中在地下，所以煤礦工作基本上都是需要在地下完成的。和進行其它建設工作的機械設備比較而言，煤礦機械的工作環境更為惡劣，地下包含非常多的粉塵、噪音、水汽以及大量的酸性有害惡劣的氣體或液體，機械在運行過程中需要承受很多環境壓力。在整個煤礦機械設備當中，最常見的零件就是機械齒輪，機械齒輪經常處在長時間的工作狀態當中，一直承受較大的工作壓力和環境壓力，所以時常會出現各種故障，尤其是齒輪斷齒問題。這些齒輪故障問題維修難度非常大，直接影響整個礦產開采工作的順利進行。因此，必須要積極研究導致煤礦機械設備失靈的原因，應用有效的預防措施，確保機械設備能夠正常運轉，相關工作能夠順利進行。

1 ?分析研究機械齒輪斷齒的主要原因

機械設備在運行過程當中不可避免的會出現機械齒輪斷齒問題，一般來講，經常出現問題的齒輪都是處在工作傳動體系中的重載齒輪，整個齒輪承受的壓力比較大，工作量非常多。例如掘進機載割部減速器中的末級齒輪就經常出現斷齒問題。此類齒輪在工作運轉過程當中扭矩非常大，經常會經受各種各樣的超強壓力沖擊，所以齒輪的齒根處經常會承受較強的集中力，長時間的壓力影響下，齒輪根部很容易出現斷齒問題。另外，伴隨著齒輪承受的彎曲應力越來越大，齒輪的使用年限就會逐漸減少。正因如此，積極探索和應用減少斷齒承受彎曲應力的方法，能夠在一定程度上增加齒輪的使用年限，有效防止機械齒輪的斷齒問題。根據實際工作情況分析，導致機械齒輪出現斷齒問題的因素非常多，主要影響因素有三點，具體的情況如下。

1.1 出現疲勞斷齒問題的原因 ?實際上，所謂的疲勞斷齒問題就是機械齒輪出現折斷現象，而且整個直齒輪會根據機械齒的順延方向出現斷裂問題，一旦機械齒輪的面積較大，那么機械齒輪的端部就會出現折斷問題。一般來講，在荷載作用力的直接影響下，機械斜齒很容易出現傾斜開裂問題。疲勞斷齒現象則是產生下凹的開裂曲線，用于整體淬火工作的機械上的齒輪經常會出現這一問題。或者產生下凹臺階形的開裂曲線，這一現象則是因為表面氧化處理而造成的。這兩類疲勞斷齒問題一旦出現，工作人員能夠明確開裂的具體位置，觀察到齒輪斷齒的具體過程。而機械齒輪之所以會出現疲勞斷齒問題，最主要的影響因素則是承受的作用壓力，齒輪長期處在工作運轉當中，如果齒根處彎曲應力超過了齒輪的承受能力，那么就會出現嚴重的疲勞，損傷問題。長此以往，齒輪根部一定會因為拉力問題出現疲勞損傷，裂紋會隨著時間的增加而加長或加深，直到最后徹底斷裂，機械設備不再運轉。

具體來講，可以將疲勞斷齒問題分為兩種類型，一種是低周疲勞斷齒問題，另一種則是高周疲勞斷齒問題。低周疲勞斷齒問題很常見，因為機械齒輪在彎曲應力影響下，始終處在循環工作當中，所以會出現斷裂現象。另外，機械齒輪在承受壓力的過程當中，前期齒輪內部已經出現一定的損傷，在承受彎曲應力的過程當中，齒輪內部的承受能力會逐漸發生變化，隨著齒輪的工作時間越來越長，齒輪原材料的彈性就會越來越差，進而出現嚴重的變形問題，并且逐漸出現裂紋，長此以往就會形成嚴重的低周疲勞斷裂面?？偠灾瑢е聶C械齒輪出現低周疲勞斷齒問題的因素非常多，齒輪的荷載力情況以及機械設施材料的品質都是重要的影響因素。而出現高周疲勞齒輪斷齒問題則是因為齒輪遭受的應力循環次數比其實際承受能力多，機械齒輪的根部位置承受的壓力遠遠超過了其實際的承受能力。一般來講，這種問題不會在工作初期顯現出來，而隨著齒輪使用時間的增加，潛在的積累損失越來越嚴重，長期經受循環載荷力的影響，機械齒輪自然會因為應力集中影響產生損傷，如果應力循環次數過多，那么在機械齒輪根部位置則會出現嚴重的裂紋，進而出現高周疲勞斷齒問題。具體來講，如果整個機械工作環境比較平穩、載荷應力變化不大而且齒輪品質較高，那么機械齒輪就會在長期運轉的過程當中出現高周疲勞斷齒問題。

1.2 出現靜力斷齒問題的原因 ?在進行礦山采掘工作時，實際的工作環境非常差，工作設備不完善，所以采掘機械設備上的齒輪經常會出現靜力斷齒問題。出現靜力斷齒問題的原理也非常簡單，就是因為采掘機械齒輪外部的負荷突然增加，遠遠超過機械齒輪能夠承受的范圍，齒輪出現靜力斷齒問題。具體來講，在進行煤礦建設工作期間，如果采煤機械不小心碰觸到較為堅固的巖石或者其他堅固的物品，那么整個截割工作的阻力就會在一瞬間增加;如果工作人員不能熟練操作相關機械，工作底板的表面不平整，都有可能會出現采煤機滾筒截割液壓支架頂梁問題，或者出現采煤工作面刮板輸送機前面鏟板的問題，這些情況都會導致截割阻力瞬間增加，進而使得采煤機滾筒承受較大的阻力，無法進行正常工作，那么增大截割搖臂中的系統零件的轉動慣量就會直接作用到受載齒輪的輪齒上，此刻機械輪齒承受的壓力和和動扭矩就遠遠高于截割電機傳過來的扭矩，在如此大的沖擊力的嚴重影響下，機械齒輪的承受能力就會到達極限，出現輪齒脆性折斷問題。

1.3 出現偏載斷齒問題的原因 ?實際上，導致機械齒輪出現偏載斷齒問題的原因非常多，最主要原因則是載荷不能與接觸線均勻分布而造成的主機和輔機保護誤動。具體來講，造成機械齒輪出現偏載斷齒問題的因素非常多，溫度變化、壓力變化、流量變化或者閥門位置偏差都會導致這一問題。在采礦機械設備運轉過程當中，如果機械設備機殼和軸的剛性比較差，那么就會經常出現偏載斷齒問題。另外，在整個機械運轉體系當中，通常會設置溫度計，工作人員可以根據溫度計顯示的溫度觀測機械的工作情況。一旦溫度計呈現的溫度產生異常情況，那么就很有可能是機械齒輪出現了偏載斷齒問題。如果齒輪在兩軸之間的偏置時，那么機械齒輪遭受的壓力過大，一旦出現變形問題或者操作問題，整個機械齒輪的荷載能力就無法達到工作標準，荷載更是無法同齒輪的接觸線的分布完全一樣，一旦出現偏載問題，那么齒輪的兩軸就會朝著相反的方向變形，那么整個齒輪也會逐漸變形，進而出現折斷問題。在進行采礦工作時，采礦機械設備經常會出現偏載斷齒問題，進而嚴重影響整個工作的進程。偏載斷齒對機械設備的影響非常大，兩個機械齒輪的表面的承受能力就會發生變化，齒輪的右邊位置嚴重變形，齒輪端部的齒根需要承受較大的彎曲力，偏載后承受的壓力比不偏載時多達3到7倍。簡而言之，如果機械設備在運行的過程中出現偏載斷齒的問題，那么就將嚴重影響機械設備的正常工作，甚至會使整個設備受損。由此可見，必須要積極研究出現偏載斷齒的原因，盡可能緩解出現偏載斷齒問題，減少這一問題對正常工作的影響，提高機械運行的安全性。

2 ?解決采掘機械齒輪斷齒問題的有效方案

2.1 提前估算機械齒輪承受的載荷力 ?實際上，在采掘機械運行的過程當中，機械齒輪承受的載荷力處在不斷變化之中，必須提前估算機械齒輪承受的載荷能力，才能夠深入研究齒輪承受的強度和具體的使用壽命。目前來講，在工作過程當中出現了很多影響齒輪載荷的因素，有些外力因素是無法避免的，所以并未明確有效的計算方法。在實際工作過程當中，常用的方法有統計法、類比法或者新型計算方法，相關設計人員根據實際工作情況，進一步研發估算機械齒輪承受荷載的技術方案，提高計算數據的精準度，進而設計出有效防止機械齒輪斷齒問題的具體方案。

2.2 加強機械齒輪機殼和軸的剛性 ?基于機械齒輪斷齒的原因分析發現，想要盡可能的避免齒輪出現偏載斷齒問題，就必須不斷加強機械齒輪機殼和軸的剛性，在采掘機械齒輪上安裝鋼機殼，盡可能不用鑄鐵或者焊接的機械殼。另外，可以在機械齒輪機殼上強筋板，加強軸孔凸臺，盡可能滿足軸量的實際需求標準。

2.3 安裝過載斷齒保護設備 ?現有的過載斷齒保護裝置越來越多，最常見的是剪切保險銷式的聯軸器和摩擦片式的連軸離合器，這些裝置的切斷力矩非常大，一旦發現機械齒輪承受的壓力大于其承受能力，那么離合器就會直接切斷保險絲，起到保護相關零部件的作用，防止出現嚴重的斷齒問題。

2.4 積極應用變位齒輪 ?想要加大齒輪的彈性，可以不斷適當齒輪的模數。但是，這種方式操作起來具有較大的局限性，一旦在井中進行相關機械設備的操作工作，那么整個空間完全受限制，就不得不減少采掘機械的尺寸，這也就說明無法增加齒輪的模數。想要有效解決這一問題，必須要積極應用變位齒輪，不斷提高工作的平穩性和安全性。

2.5 不斷提高齒輪制造的精準度和安裝水平 ?一般來講，制造出來的齒輪的接觸精度必須高達八級，所以在制作機械齒輪時，必須重視齒輪根部的加工工作，根據制作要求完成磨削工作，確保齒輪承受的應力不會完全集中到一起。在安裝機械齒輪時，一定要保證軸承的角度符合安裝要求，留出相映的齒合間隙，減少齒根部承受的彎曲應力，進而有效防止出現機械齒輪斷裂問題。

2.6 根據齒長方向維修機械齒輪 ?按照齒長方向進行鼓形修齒能夠使齒輪側面沿著齒長方向形成腰鼓形，而且斷齒輪廓也會漸漸呈現開線形，能夠有效緩解齒輪偏載問題。

2.7 加強施工建設現場的管理力度，提高管理水平 ?想要有效預防機械齒輪斷齒問題，就必須要加強施工建設現場的管理力度，提高管理水平。第一，提高工作人員的技術水平和操作能力，確保機械運轉不會因為操作不當而出現齒輪斷裂問題。第二，明確每一位工作人員的職責，及時清理施工垃圾，保護施工環境。第三，要求工作人員及時檢查和維修采掘機器，提前做好防御措施，保證工作的順利進行。

3 ?結語

總而言之，機械設備在工作當中長期承受較大的負荷量，很容易出現各種各樣的斷齒問題，所以工作人員一定要積極探索出現機械齒輪斷齒的原因，根據斷齒原因，探索和應用有效的防范措施，保證機械設備能夠正常運轉。

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