據(jù)齒輪的失效形式修換齒輪對

【資料簡介】

　　導(dǎo)讀：齒輪的失效，是一個現(xiàn)象復(fù)雜，原因眾多，形式多樣的問題。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，失效形式共有四大類二十二種。但在通用齒輪傳動中，主要的失效形式為：齒面疲勞點(diǎn)蝕、輪齒疲勞折斷、齒面膠合和齒面磨損四種?，F(xiàn)就這四種失效形式的原因進(jìn)行分析，并從應(yīng)用變位齒輪這一方面，提出防止或減少失效再度出現(xiàn)的措施。

　　

齒輪
 

　　1、輪齒的主要失效形式
　　
　　如上所述，輪齒的失效形式是各種各樣的，這些形式又往往互相交錯在一起，致使失效的形式顯得更為復(fù)雜，修理時必須認(rèn)真考慮，并抓住主要原因，選擇防止措施。
　　
　?、?、齒面疲勞點(diǎn)蝕
　　
　　疲勞點(diǎn)蝕的失效，是閉式齒輪傳動的一種主要失效形式，它是一種接觸疲勞現(xiàn)象，分初期點(diǎn)蝕和破壞點(diǎn)蝕兩種。
　　
　　初期點(diǎn)蝕是在齒輪使用的初期發(fā)生的，由于齒面加工痕跡而又局部凸起的存在，輪齒局部承受較大的負(fù)荷，再交變接觸引力的作用下，局部凸起產(chǎn)生微裂紋，隨著接觸應(yīng)力的增大，再齒面上出現(xiàn)里初期點(diǎn)蝕。因此，在齒輪嚙合過程中，使得浸入裂紋中的潤滑油受到封閉而產(chǎn)生高壓，加速了微裂紋的破壞，同時，由于嚙合齒面間存在滑動，離節(jié)點(diǎn)愈遠(yuǎn)，滑動愈大；而在節(jié)點(diǎn)附近，滑動zui小，油膜zui不易生成，而節(jié)點(diǎn)附近的摩擦力也就達(dá)到zui大值，所以點(diǎn)蝕大多數(shù)發(fā)生在輪齒節(jié)線附近。
　　
　　破壞性點(diǎn)蝕產(chǎn)生原因：對于齒面強(qiáng)度較低的材料(軟齒面)，裂紋多產(chǎn)生于表面。它是在外載的作用下，由于齒面間的滑動與滾動反復(fù)作用而產(chǎn)生疲勞裂紋。在存在潤滑的作用下，潤滑油滲入裂紋，嚙合時裂紋中的潤滑油遭受高壓，這種壓力的循環(huán)作用，使裂紋逐漸擴(kuò)大，
　　
　　zui后使齒面上一部分材料剝落，在齒面上出現(xiàn)麻坑，形成破壞性點(diǎn)蝕。對于齒面強(qiáng)度較高的材料(硬齒面)，其表面層與心部的過渡層往往成為危險(xiǎn)區(qū)；當(dāng)外載應(yīng)力和材料強(qiáng)度的比值大于0.55時，就會產(chǎn)生裂紋，如果過渡層處有剩余拉應(yīng)力，或表面淬火時，產(chǎn)生中間回火層，這種危險(xiǎn)就更為增加。當(dāng)靠近齒表面的材料內(nèi)部有缺陷，或由非金屬夾雜物及有微小裂紋時，就會成為表面內(nèi)裂紋的根源，這種表面內(nèi)的裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展與潤滑無關(guān)。點(diǎn)蝕的大小，隨著齒輪嚙合循環(huán)次數(shù)的增加而增加，隨著載荷的加大而加大；而且，在護(hù)堤時，點(diǎn)蝕多發(fā)生在小齒輪上；載荷高時，則多發(fā)生在大齒輪上。而點(diǎn)蝕的發(fā)生與接觸應(yīng)力、嚙合齒面間滑移率、齒輪材質(zhì)、齒面光潔度等因素有關(guān)。而且在某種特定條件下，其中之一也可能是疲勞點(diǎn)蝕產(chǎn)生的主要原因。破壞性點(diǎn)蝕的蝕點(diǎn)，其直徑要比初期點(diǎn)蝕大，因而齒面承壓面積減小，以及齒形的破壞，引起動負(fù)荷增大，因而這些蝕坑往往成為疲勞源，zui終導(dǎo)致輪齒斷裂，這類破壞是修理工作中常遇到的情況。
　　
　?、凇⑤嘄X的疲勞斷裂
　　
　　疲勞斷裂時斷裂破壞中zui常見的一種形式。由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，負(fù)荷過大，組裝不良以及輪齒表層和次表層下的缺陷引起應(yīng)力集中，從而使輪齒材料在超過持久極限的情況下又交變循環(huán)彎曲應(yīng)力引起輪齒早期破壞。
　　
　　疲勞斷裂一般首先從負(fù)荷側(cè)(齒根拉伸側(cè))的齒根危險(xiǎn)斷面上產(chǎn)生疲勞裂紋，然后裂紋沿齒長的斜上方擴(kuò)展，當(dāng)輪齒齒根危險(xiǎn)斷面有效面積減小到不足以承受負(fù)荷時，部分輪齒或整齒迅速折斷。
　　
　　疲勞斷裂面具有兩個特征：一個特征是在斷裂面上可以看到一連串的貝殼狀輪廓線(或等高線)，它是因彎曲應(yīng)力反復(fù)循環(huán)后發(fā)展的，在發(fā)展中因摩擦的作用表面較為光亮。另一個特征是在貝殼狀輪廓線的中心區(qū)域，有一個極為清晰的“眼”(焦點(diǎn)部分)，這個區(qū)域較為平滑，它是產(chǎn)生疲勞斷裂的疲勞源。
　　
　?、?、齒面膠合
　　
　　齒面膠合是一種高溫扯傷，由于負(fù)荷集中于局部的接觸齒面上，油膜破壞，嚙合齒面形成金屬與金屬的直接接觸，在高溫下引起金屬分子局部融著，并從齒面很快扯下的現(xiàn)象。膠合的特征是沿著齒面的滑動方向形成溝槽。由于這種溝槽的產(chǎn)生，反過來油膜就更不能形成。因此，也有在同一齒面上同時看到膠合、點(diǎn)蝕及磨損等各種損壞形式。故膠合有導(dǎo)致齒輪早期損壞的危險(xiǎn)性。
　　
　　初期(或輕度)膠合撕傷只要齒輪的負(fù)荷和速度不再增加，往往不會發(fā)展。反之，當(dāng)負(fù)荷和速度繼續(xù)增大時，則會產(chǎn)生嚴(yán)重膠合撕傷。在這種破壞過程中，具有融著和撕裂的作用，特別是齒面金屬沿滑動方向被拉扯出齒頂。
　　
　?、?、齒面磨損
　　
　　由于輪齒間的摩擦而使得齒面磨損耗掉金屬通稱為齒面磨損。這種磨損，一般分為下列五種。
　　
　　a、正常磨損：正常磨損(跑合)是在齒輪的壽命范圍內(nèi)，接觸齒面的金屬極其緩慢地磨損，這種磨損是不可避免的，它不影響齒輪的壽命及使用性能。
　　
　　b、破壞性磨損：當(dāng)齒輪嚙合節(jié)圓的滑動受到阻礙時齒面由于磨損而損壞，工作惡化，此行改變，因而壽命顯著降低。對于軟齒面，同時還會產(chǎn)生膠合撕傷。有的齒輪由于破壞性磨損的產(chǎn)生，破壞了齒形，使沖擊負(fù)荷增大而發(fā)生點(diǎn)蝕和塑性變形。
　　
　　c、磨料磨損：這種磨損又叫做麻點(diǎn)磨損。它是由于外界的微粒在輪齒嚙合面所引起的一種表面磨損。這些微粒是組裝前沒有清除干凈的研磨劑、鑄造砂?；蜓趸?、潤滑油中的不純物、外界空氣進(jìn)入的雜志以及齒面或其他零件磨損下來的金屬微粒等。當(dāng)這些微粒極細(xì)時，在齒面沿滑動方向出現(xiàn)彼此獨(dú)立的淺溝紋。
　　
　　2、根據(jù)齒輪的失效形式以確定變位系數(shù)
　　
　　根據(jù)齒輪的失效形式，確定變位系數(shù)的出發(fā)點(diǎn)是，針對失效原因，選擇適當(dāng)?shù)淖兾幌禂?shù)，以提高齒輪的使用壽命。
　　
　?、?、應(yīng)用齒輪變位，將大齒輪齒頂縮短，小齒輪齒頂增長，使嚙合段向大齒輪方向移動，以增強(qiáng)輪齒的抗點(diǎn)蝕能力。將大齒輪齒頂減短，小齒輪齒頂增長，可用對大齒輪進(jìn)行負(fù)變位，而對小齒輪進(jìn)行正變位的方法達(dá)到。在修理工作中，就是采取修復(fù)大齒輪，配制新的正變位小齒輪的修理方案。至于變位系數(shù)的選擇，可按下節(jié)“根究磨損量修換齒輪對”的方法進(jìn)行。
　　
　?、?、增大壓力角，降低彎曲扭矩，以防止出現(xiàn)疲勞斷裂。采用增大壓力角就可以增大齒面的曲率半徑，這對于齒面的接觸強(qiáng)度當(dāng)然是有利的；另一方面，由于壓力角的增大，齒根寬度也相應(yīng)增大，因而對齒根的彎曲強(qiáng)度也同樣是有利的。