齿轮传动是机械设备中最常见传动方式,现代机械对齿轮传.doc

PAGE 3 齿轮传动是机械设备中最常见的传动方式，现代机械对齿轮传动的要求日益提高，即要求齿轮能在高速、重载、特殊介质等恶劣环境条件下工作，又要求齿轮装置具有较高的平稳性、高可靠性和结构紧凑等良好的工作性能，由此使得齿轮发生故障的因素越来越多，而齿轮异常又是诱发机器故障的重要因素。因此，齿轮故障诊断技术的应用研究是非常重要的。 齿轮由于制造、操作、维护以及齿轮材料、热处理、运行状态等因素不同，产生异常的形式也不同，齿轮常见的故障形式有如下几种： 1、齿的断裂 齿的断裂分疲劳断裂和过负荷断裂。疲劳断裂是齿轮重复受载后由于应力集中产生的。当齿轮副进入啮合状态时，最危险的瞬间是接触点位于齿轮的顶部，此时在齿根部产生的弯曲应力为最大，存在较严重的应力集中，当载荷超过设计值，或者齿轮在周期性交变载荷作用下，经过一定的载荷循环后，齿的根部有可能产生裂纹。齿轮继续工作，裂纹向根部纵深发展，当裂纹削弱的根部不能承受弯曲应力时，齿就发生断裂。 过负荷断裂是由于机械系统速度的急剧变化，轴系共振，轴承破损，轴的弯曲等原因，使齿轮产生不正常的一端接触，载荷集中到齿面的一端而引起的，其原因主要是由于装配不良，机器运转时存在其他故障问题。 齿的断裂是齿轮最严重的故障，常因此造成设备停机，或者引起机器其他零部件的故障。 2、齿的磨损 磨损是指金属的整个齿面上连续不断地损耗，从而在齿面上产生金属的研磨状。齿轮在啮合过程中，往往在轮齿接触表面上出现材料摩擦损伤的现象。如果磨损量不影响齿轮在其寿命内应具备的功能的磨损，我们称之为正常磨损，其特征是齿面光滑，没有宏观擦伤，各项公差在允许范围内。如果由于齿轮用材不当，或在接触面间存在硬质颗粒，以及润滑油供应不足或不清洁，往往以其齿轮的早期磨损，有微小的颗粒分离出来，接触表面发生尺寸变化，严重损失，并使齿形改变，齿厚边薄，甚至出现“刀片”状齿尖；啮合间隙增大；噪声增大；严重磨损的结果将导致齿轮失效。齿的磨损情况有下列几类： 1）粘着磨损 粘着磨损是油膜被破坏而发生齿面金属的直接接触形成的。产生粘着磨损的原因可能是齿轮工作在低速、重载、高温、润滑油黏度太低、供油不足和齿面粗糙等情况。 2）磨粒磨损 由于润滑油中夹杂直径大于30um以上的颗粒，或者油污、金属屑末、尘埃和砂粒等进入齿的工作表面，引起磨粒磨损。磨粒磨损多发生在齿根、齿顶处地滑动接触部位，而在节园处较少发生。 3）腐蚀磨损 润滑油中含有酸、碱和水等易对金属产生腐蚀的化学物质，与齿面发生化学反应，有腐蚀导致齿面损伤。 除了上述三类磨损情况外，由于不对中、联轴节磨损，装配不良以及扭转共振，在齿轮啮合点引起很大的扭矩变化，使齿轮啮合时的冲击加大，这些因素也将加速齿的磨损。此外，齿轮金属材料的热处理质量差也容易发生齿的磨损故障。 3、齿面疲劳 齿轮在啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑动。在滚动中齿面接触区内的正压力使表面层深处产生剪应力，另一方面，齿面的相对滑动，又会使表面产生拉应力。在两种力的作用下，就会导致齿轮表面层深处产生脉动循环变化的剪应力。当这种剪应力超过了齿轮材料的剪切疲劳极限，或者说齿面上脉动循环变化的接触应力超过齿面的接触疲劳极限时，齿面将会出现疲劳裂纹。随着裂纹的扩展，最终使齿面出现小块金属剥落，在齿面上形成小坑，称为点蚀。当点蚀进一步扩大，连成一片时，就会形成齿面上大块的金属剥落。这就是所谓的接触疲劳剥落。它一般总是发生在轮齿根部靠近节圆处，严重剥落时就会影响齿轮的正常工作，甚至造成轮齿折断。很多情况下，由于轮齿材质的不均匀，或有局部擦伤等，就容易在某一轮齿上首先出现接触疲劳，产生剥落。 发生点蚀的常见原因是齿表面硬度不够，点蚀一般都发生在靠近节线的齿根部分，局部性点蚀现象并不危险，齿轮实际上还能继续长期工作，这种局部性点蚀是由于存在齿面局部突起部分，在突起部分上面开始承受的载荷很高，因而发生强烈点蚀，但局部点蚀结果使原来不传递载荷的表面也参加工作，因而是突起表面上接触应力下降，这样局部点蚀也就停止发展。 点蚀一般可用肉眼进行定期检查，由于电视面积的增长率是与负荷的循环次数有关，利用这个关系，可定期检测齿面点蚀的面积率，就能预测到需要维修的时间，此外，随着点蚀面积率的增加，齿面必然成为剥离状态，因此，定期检查润滑油中混杂的剥离片，也可预测到齿轮需要维修的时间。 4、齿面胶合和划痕 对于重载和高速的齿轮传动，如果润滑条件不良，两个啮合的齿面在相对滑动时油膜破裂，在摩擦和表面压力的作用下产生高温，使处于接触区内的金属出现局部熔焊，并且在齿面上形成垂直于节线的划痕和胶合。 齿面擦伤就是齿表面接触部分瞬间温度升高，发生金属之间的胶合现象，即一个齿面上的部分材料胶合到另一齿面上，并在此留下坑穴，因而与后面的齿啮合时，这部分胶合