機械傳動齒輪失效成因及相關對策探討

衡芳芳

徐州徐工傳動科技有限公司，中國·江蘇 徐州 221000

1 引言

工業的發展需要零部件作為支撐，而這些零部件一般具有規模性和精密性等特點，為了保證零部件的運轉，往往運用大量的齒輪進行動能的傳遞。齒輪是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機械零件，通過與其他齒狀機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩、改變運動方向和改變運動形式等功能。齒輪在機械運動過程中的作用不言而喻，但由于齒輪的功能是改變力的方向和進行動能的傳遞，就會在運行過程中承受很大的壓力，導致齒輪的磨損、變形等，影響功能的發揮，進而導致齒輪失效。這就會導致機械運動出現問題，影響工業的發展。這就要求相關人員對齒輪失效的原因進行研究，在整個工作流程中對其進行監督，并通過相關對策對齒輪問題進行治理，從而保證齒輪功能的正常發揮，促進工業的發展進步。

2 機械傳動齒輪概述

2.1 機械傳動

在工業的發展過程中，需要各種設備才能進行產品的生產加工，而相關設備是由多種零件共同構成，要想保證設備的正常運轉，就需要進行動能的傳遞。機械傳動就是動能傳遞的主要方式，機械傳動在機械工程中應用非常廣泛，主要是指利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。分為兩類：一是靠機件間的摩擦力傳遞動力的摩擦傳動；二是靠主動件與從動件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動力或運動的嚙合傳動。通過機械傳動，能夠很好地將動能傳遞到需要的位置，從而保證工業生產的正常進行[1]。

2.2 齒輪

齒輪是輪緣上有齒能連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件，在工業生產中發揮著重要作用，發揮著改變受力方向和傳遞動能的功能[2]。在現代工業生產過程中，由于傳動效率高，傳動比十分精準，而且能夠支撐較大范圍力的傳遞，在工業中的適用范圍極其廣，也是機械傳動最主要的應用方式。齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等進行分類，所以齒輪的類型十分復雜，種類較多。其制造水平、選材等都會直接影響到工業產品的生產質量，對工業來說十分重要。2011—2018年中國齒輪產量數據圖如圖1所示。

圖1 2011—2018年中國齒輪產量數據圖

3 機械傳動齒輪失效的原因

在此輪工作的過程中，由于承受的壓力較大，很容易發生損害，對工業造成很大的影響。造成齒輪失效的原因有很多，有人為方面的原因，也有設備方面的問題。對齒輪失效原因進行診斷和了解，是保證機械設備正常運行，促進工業發展的重要前提。相關人員就需要利用解析模型、信號處理以及知識處理等手段，對齒輪失效原因進行分析。

3.1 設計和選材的原因

在進行機械生產的過程中，需要各種設備協同生產，這就造成了設備種類較多，相應地，在進行齒輪的選擇時，就需要根據機械設備的種類以及設備不同部位進行選擇和設計，以滿足設備功能的需要。但在齒輪的設計和選材環節，相關人員沒有做到針對性地選材和設計，造成齒輪失效。另一方面，齒輪在工作的過程中，還會受到環境因素的影響，齒輪并非處于封閉狀態，而是長期暴露在空氣中，這就導致齒輪很容易就會受到各種自然環境等外在因素的干擾。然而在設計和選材環節，相關人員只注重齒輪的功能，卻忽視了環境會對齒輪造成的影響，材料選擇和設計出現問題，進而造成齒面磨損或是斷齒等現象，造成失效。

在齒輪的設計和選材環節，設計人員應根據齒輪應用的條件進行選擇材料、熱處理要求、加工精度要求。例如，在一些結構空間限制條件下傳遞的扭矩較大，則需要針對性的選材和設計。在設計和選材環節，設計人員還應該關注齒輪的潤滑，關注潤滑油的品質，關注保養周期，避免造成齒輪失效。

3.2 制造工藝的原因

在影響齒輪質量，造成齒輪失效的原因中，齒輪地制造工藝也是一個重要原因。良好的制造工藝能夠保證齒輪的整體質量，延長齒輪使用壽命；相反，劣質的工藝就會嚴重影響齒輪的質量，進而造成齒輪失效。在現代齒輪市場中，部分齒輪制造工藝存在問題，在鍛造方面留下了重大缺陷。部分齒輪制造商為了獲取經濟效益以次充好，或者是減少鍛造步驟，造成齒輪質量問題[3]。還有部分商家能力不足，不具備制造齒輪的工藝和技術，生產出大量的殘次品，齒輪經常出現規格不達標或者是質量不達標等問題。這樣一來，在齒輪工作過程中，就會出現嚴重的齒面點蝕和齒面膠合等情況，甚至造成齒面斷裂，造成齒輪失效。

3.3 人員操作技術水平不足

齒輪作為一種傳遞動能的零件，具備較強的精密性，要想保證齒輪功能的正常化發揮，就需要按照相關操作規范和步驟進行操作，否則很容易由于人為的失誤造成齒輪失效。但是在現有的安裝和使用過程中，部分操作人員水平不足，對相關技術不了解，在進行零件的安裝和操作過程中沒有根據相關流程和規范進行安裝，就導致在安裝環節出現問題，造成齒輪失效。

3.4 后期維護保養不力

在工業生產過程中，齒輪作為動能傳遞的重要零件，在工作中長期處于運行狀態，這就導致齒輪需要長時間高負荷的運作，很容易出現問題。而且齒輪是依靠摩擦和嚙合進行傳動，如果在接觸環節出現問題，就會嚴重影響齒輪的功能。但是在現階段的維護方面，相關人員卻忽視了對齒輪的維護，如缺少潤滑，造成齒輪的老化和破損，進而影響齒輪功能的發揮。齒輪構造示意圖如圖2所示。

圖2 齒輪構造示意圖

4 治理機械傳動齒輪失效的對策

4.1 強化先期策劃

齒輪設計和選材等方面的問題對齒輪造成了重要影響，相關人員要想保證齒輪的質量，這就需要從設計和選材方面入手。在設計環節，設計人員要根據齒輪的應用機械、應用部位以及應用功能等方面的信息，合理地進行齒輪設計，并根據相關齒輪的工作環境和可能遭受的影響，選擇抵抗力較強的材料作為齒輪的原料。例如，在荷載能力需求較高的設備方面，齒輪的材質就需要選擇低碳合金或者是滲碳鋼等材料，這些材料生產出的齒輪具有極強的緊密度和抗壓能力，能夠保證齒輪具有更好的承載能力[4]。

4.2 頒布政策法規，規范市場

齒輪作為工業生產中的重要零件，在社會各方面均有應用，需求量巨大，也就造成了市場競爭的激烈。一些企業就會鋌而走險，以次充好，生產出大量劣質齒輪。這就需要政府和相關部門加強立法，對齒輪的質量標準進行規范，依靠法律的強制性對市場進行整理。

4.3 提升操作人員的水平

在工業生產過程中，工作人員的技術水平對產品質量有重要的影響，同樣也對齒輪功能有很大的影響。相關企業就應該加強對工作的控制，從兩個方面治理齒輪失效。一方面是要從規定入手，嚴格規范工作人員的操作流程，在齒輪安裝和使用過程中按照相關流程進行操作，這樣就能避免失誤。另一方面，應該加強相關技能知識的培訓，讓工作人員了解到機械的操作技巧，這樣一來，就能避免因操作失誤造成的齒輪失效。

4.4 加強后期維護

在齒輪的使用過程中，其在工作時間內會承受很大的壓力，要想保證齒輪的質量，延長其使用壽命，就需要對其進行維修和養護。相關企業應該設置專業的檢修人員，負責在齒輪的工作時間外檢查其磨損程度，并定期涂抹潤滑油。一方面，在進行維護的環節，要根據不同的齒輪類型選擇不同種類的潤滑油，在涂抹的過程中要保證潤滑液體在齒輪上形成一層保護膜，這樣才能降低齒輪的磨損。另一方面，在檢查過程中發現齒輪有磨損現象，就要對其進行更換，這樣才能保證整個機械的正常運轉。

5 結語

在工業的發展過程中需要機械傳動進行動能的傳遞，齒輪作為機械傳動的主要工具，很容易受到破壞，造成齒輪失效。這就需要相關人員在了解失效原因之后，通過事先控制、規范市場、提升人員水平以及后期維護等方法，保證齒輪的質量，避免其失效。