崔雷齿轮的失效和维护

通信地址：安徽省淮北市濉溪县刘桥镇安徽恒源煤电股份有限公司掘进区杨文辉收邮编235162大型齿轮的失效和维护崔雷（安徽恒源煤电股份有限公司，安徽，淮北，235162）摘要：大型齿轮是大型设备传动装置的主要传动部件，其造价高，对设备精度的影响大，那么对传动装置的适当加载、适当润滑和定期检查，并做好维护与保养就可使其寿命特别长，从而达到经济、安全的目的。关键词：大型齿轮，失效，磨损，维护0概述：大型齿轮减速器一般都有严格的润滑方式（如：采用喷淋润滑到啮合区）。绝大多数为闭式传动，随着长期运转，大多数金属齿轮因工作表面的过度损伤而影响传动精度，又因轮齿断裂而报废。所以及早识别可能出现的故障，可以在损伤蔓延以前就提出某种排除故障的办法。大型齿轮又多以过度损伤为主要失效形式，按破坏方式可分为：过载失效和过度磨损。1过载失效因轮齿接触表面应力过大造成的破坏，在低速重载传动中，碎硬和未碎硬的两种大型齿轮。一般以斜齿或人字齿为多，因安装和制造误差引起的啮合区局部接触应力过大是过载失效的主要原因。1.1接触疲劳磨损因接触应力的反复作用，首先在啮合区深度0.1mm~0.2mm表层内产生疲劳裂纹，然后裂纹沿着与表面成锐角的方向发展，最后以甲壳状小片剥落形成点蚀。点蚀形成后，零件的有效接触面积减少，传递载荷能力降低，此外由于表面平滑性破坏，工作时将引起振动和噪声，这是非常有害的。试验表明：改善金属的表面状态和润滑油的粘度均可提高表面接触强度。距离表面0.786b处（b平面接触区半长度）切应力最大，该处塑性变形最剧烈，在高速重载周期性载荷和不当的冲击载荷下反复使变形区弱化，形成深度达0.2mm~0.4mm剥落层。从接触强度公式：σHmax=4Q/2πab可以看出减小过载力Q，增大接触面积，可以减小接触应力。Q：接触区压力a：接触面半宽度b：接触面半长度，从接触强度公式可以看出减小过载力，增大接触面积，可以减小接触应力，接触区压力接触面半宽度接触面半长度。1.2粘着磨损由磨擦数学公式：V=CLX/P，V：磨损量L：负荷X：滑动距离P：表面硬度C：常数（和材料表面状态有关）表明表面硬度越高，负荷越小粘着能力就越强。在高速重载齿轮转动中，如果因散热不好，使润滑油温上升，油粘度迅速下降（以220号中负荷工业齿轮油化验结果为例：在温度为52℃时粘度下降为110~115之间，58℃时粘度下降为80~85之间）。油膜变薄，强度下降，油膜遭到严重破坏，金属与金属局部直接接触，熔焊在一起的小颗粒从轮齿表面撕裂，使金属快速落下来。又因靠近节线的齿顶面上相对速度较大，所以胶合首先发生在该处齿面上，其特点是沿滑动的方向上有撕裂、皱纹和拉沟的外表，这是重载齿轮应当注意的主要方面。另一方面，因油膜破坏金属与金属直接摩擦的结果将产生出更多的热量，加速油温的升高，伴随而来的是过度磨损或胶合。油温的升高还会使润滑油中的极压成份（包括硫化物）可能会分解、氧化或变质。降低抗胶合能力。摩擦表面的工作温度对边界膜性能影响很大图，当达到第一临界温度时，吸附膜发生软化、失向和脱落，从而使润滑油作用降低，磨损率和摩擦系数讯速增加，当达到第二临界温度时，润滑油完全分解，摩擦副将发生严重粘着甚至咬死。因摩擦热与PV（P-压强，V-相对速度）值成正比，故限制PV值是控制摩擦表面工作温度的主要措施。合理选择摩擦副材料和润滑剂，提高表面光洁度，在润滑油中加入油性添加剂和极压添加剂都能提高边界膜强度。极压添加剂（含硫、磷、氧）膜熔点高，高温强度大，所以，低温靠油性（减膜性好），高温靠化学反应膜。维护方法：使过载失效消除的唯一方法是使单位载荷减小到齿轮的额定承载能力范围内。1）保证过载原件处于良好状态，适宜的油量及良好的循环系统。2）使用切实可行的抗胶合润滑油压添加剂。3）及时对齿轮表面进行维修处理。包括对轮齿抛光和对损伤部位进行硬化，以提高其接触疲劳极限及抗胶合能力，减小摩擦系数等。4）严格控制油温，一旦接近温度上限立即停车及时降低温度；分夏季与冬季用油粘度；对温度调节器（如热交换器等）及时检查保证其处于良好状态；采用外用风扇加快箱体表面散热。5）及时检查（油质、油品、齿轮箱）并做好记录，为日常维护提供真实数据。6）消除装置中偏斜等安装误差，提高装置精度，包括对轴承，定位件的检查与更换，改善接触状况，降低接触应力。2过度磨损2.1磨料磨损在循环油中，杂质的存在会导致啮合材料被硬杂质切削或摩擦脱落。为保证摩擦表面有一定使用寿命，啮合金属材料的硬度，至少要比磨料硬度大30%以上。1）磨料尺寸对磨擦表面磨损的影响。由试验得知磨擦表面的磨损量随磨料尺寸的增大而按比例增加，但达到一定尺寸后（称临界尺寸70μm~80μm），磨损量基本保持不变，因为磨料本身的缺陷和裂纹随尺寸增加而增多，导致磨料抗拉强度降低，易破损。因此磨料尺寸应严格控制在最小范围内（小于等于30μm~40μm）。2）磨擦副材料表面硬度越高，越耐磨，因为硬度反映了被磨损表面抵抗磨压力的能力，但断裂力度反映了材料对裂纹的产生和扩散的敏感特性，对材料的磨损特性也有重要影响。维护方法，使用清洁润滑油是解决磨料磨损的有效方法，提高磨擦副表面硬度（在已经运转的齿轮副不大可能）。因此：Ⅰ对更换的新润滑油应及时过滤，保证其最大颗粒应小于等于10μm~30μm。Ⅱ对润滑油循环系统中的过滤器应保证其过滤精度高于10μm。Ⅲ对润滑系统增设磁性过滤器。Ⅳ防止大气中的粉尘对油的污染。2.2腐蚀性磨损由润滑油中的酸、水或杂质的化学作用而引起的表面损伤。a.因冷凝、湿度过大等原因而引起生锈，也会产生表面精度下降，造成腐蚀磨损。B.重载下极压油因高温分解，并与金属反应活泼，也会使齿廓表面产生腐蚀磨损。维护方法：Ⅰ保证油液的清洁和纯度。Ⅱ防止杂质和水份进入齿轮箱内。Ⅲ定期对油品进行化验。2.3烧伤齿轮运转中因缺油而形成干磨擦，可带来高温使齿轮表面烧伤。因安装而造成中心距过小，齿轮齿侧间隙过小，接触面造成过盈而形成高温引起发热。在双重因素影响下再加上过载、超速，则均可造成非正常烧伤。维护方法：应及时消除安装误差。增设缺油报警装置，限制超速运转，杜绝非正常运转的发生。运用材料力学和磨擦学理论对大型齿轮的失效形式即过载失效和过度磨损进行分析，得出了失效产生的原因：表面接触应力过大、齿面硬度低、油温过高、油品清洁性不好等。从失效产生的原因针对性逐项提出了实际生产中防止失效的维护与保养方法，从而对提高齿轮寿命，作出了有益见解。总之，大型齿轮应根据实际情况及时做好其润滑油检，经常把运行中的情况及时报告给设备管理者，发现问题及时修正，确保对设备的精度和寿命有一个长期的效益。