對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中抗磨損的改造手段分析

李利軍

摘要：在機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中，磨損是一個(gè)常見且危害較大的問(wèn)題，如降低安全系數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能以及生產(chǎn)質(zhì)量等，所以，針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中抗磨損問(wèn)題予以探討，并提出相應(yīng)的改造手段便顯得尤為重要了。

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗磨損；改造手段

1.抗磨損改造的意義

在現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)中，機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用日益廣泛，且發(fā)揮出了相當(dāng)重要的作用。在機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中，磨損是一個(gè)常見且危害較大問(wèn)題[1]，將會(huì)給成套設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)十分不利的影響，因而采取相應(yīng)的抗磨損方法便顯得尤為必要了。

對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)屬于至關(guān)重要的核心組成部分，擔(dān)負(fù)著動(dòng)能有效傳輸?shù)闹厝危l(fā)揮著支持結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的作用。磨損是機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的一個(gè)常見問(wèn)題，所以，在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)基于抗磨損改造的目的，制定相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。這關(guān)系到整套機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行和高效運(yùn)行。本文將選取傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中抗磨的損改造手段展開深入的探討。

2.傳動(dòng)結(jié)構(gòu)磨損導(dǎo)致的不良后果

降低安全系數(shù)。零配件磨損，可能導(dǎo)致突然性的脆裂，讓機(jī)械設(shè)備在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障，使動(dòng)力傳輸秩序陷入癱瘓。如磨損導(dǎo)致鏈條斷裂，那么飛出的鏈條將會(huì)危及人員及設(shè)備的安全；降低運(yùn)轉(zhuǎn)性能。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重磨損，將很難或者無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力的有效調(diào)控，如此一來(lái)，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常接收操作人員的指令，運(yùn)轉(zhuǎn)性能也就無(wú)從談起了；降低生產(chǎn)質(zhì)量。當(dāng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)磨損事故時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致零配件正常工藝流程難以繼續(xù)，有可能降低零配件的質(zhì)量，還有可能降低整條產(chǎn)線的生產(chǎn)效率[2]。

3.抗磨損改造

3.1.鏈傳動(dòng)的抗磨損設(shè)計(jì)

鏈條和鏈輪是鏈傳動(dòng)的兩大關(guān)鍵構(gòu)件，通過(guò)鏈條可以將主動(dòng)鏈輪所具有的動(dòng)力有效傳遞給從動(dòng)齒輪，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，由于選擇兩個(gè)鏈輪作為受力載體，因而鏈輪的狀態(tài)較為固定，傳動(dòng)時(shí)通常不會(huì)發(fā)生松動(dòng)或者位移等不良問(wèn)題。值得一提的是，鏈傳動(dòng)具有一定的磨損率，噪聲偏大，振動(dòng)較強(qiáng)，在高速傳動(dòng)過(guò)程中有可能發(fā)生突然斷裂的問(wèn)題。對(duì)鏈傳動(dòng)進(jìn)行抗磨損設(shè)計(jì)時(shí)，通常從鏈輪齒數(shù)、鏈條節(jié)距、中心距和鏈長(zhǎng)的改造入手。

3.1.1.鏈輪齒數(shù)

在確定齒數(shù)時(shí)，通常采用兩種辦法，一種是根據(jù)鏈傳動(dòng)所承擔(dān)的荷載大小，另一種是結(jié)合鏈輪型號(hào)規(guī)定。大鏈輪，齒數(shù)相對(duì)偏少，從而為鏈條、齒輪的配合提供便利；小鏈輪，齒數(shù)相對(duì)偏多，一方面能夠保證鏈傳動(dòng)的平穩(wěn)性，另一方面能夠降低鏈傳動(dòng)的動(dòng)荷載。在抗磨損設(shè)計(jì)中，鏈條節(jié)數(shù)通常選擇偶數(shù)，同時(shí)不采用過(guò)渡接頭的組裝方式。為提高磨損均勻性，保證使用壽命滿足設(shè)計(jì)要求，建議鏈輪齒數(shù)、鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)[3]。

3.1.2.鏈條節(jié)距

理論研究發(fā)現(xiàn)，在鏈傳動(dòng)中，隨著節(jié)距的增大，整個(gè)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)將具有更為優(yōu)異的荷載承擔(dān)性能。然而實(shí)際情況卻并非如此，隨著節(jié)距的增大，鏈輪將承受更大的沖擊力，這將會(huì)給鏈傳動(dòng)構(gòu)件帶來(lái)更為嚴(yán)重的損耗。所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡量選擇那些具有較小節(jié)距的鏈，尤其是重載狀態(tài)下，小節(jié)距多排鏈的實(shí)際應(yīng)用效果通常明顯優(yōu)于大節(jié)距單排鏈。

3.1.3.中心距及鏈長(zhǎng)

機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)行效率、鏈條和鏈輪相互間的摩擦力，主要取決于兩點(diǎn)，一是鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的中心距，二是鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的鏈條長(zhǎng)度，所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要重視并做好中心距、鏈長(zhǎng)的合理控制，通常遵循“a=（30-50）p，最大中心距≤80p[4]”的原則來(lái)選擇和確認(rèn)中心距。鏈條長(zhǎng)度通常使用鏈節(jié)數(shù)進(jìn)行表示。根據(jù)帶傳動(dòng)中求取帶長(zhǎng)的公式，可計(jì)算出所需的鏈節(jié)數(shù)，不僅要取整數(shù)，而且建議取偶數(shù)。

3.2.齒輪傳動(dòng)的抗磨損設(shè)計(jì)

在機(jī)械設(shè)備中，齒輪傳動(dòng)屬于一種最為常見的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其傳動(dòng)機(jī)理是，兩個(gè)齒輪的輪齒發(fā)生嚙合作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)的有效傳遞。一個(gè)獨(dú)立、完整的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)直徑不同的齒輪構(gòu)成（詳見圖2），其重要參數(shù)主要包括：輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓等。齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中，有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損問(wèn)題，將會(huì)給設(shè)備的操控性能帶來(lái)不利影響，還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備難以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。現(xiàn)階段，齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要分為兩種，一種是閉式傳動(dòng)，另一種是開式傳動(dòng)，因而在抗磨損設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施。

3.2.1.閉式齒輪傳動(dòng)

傳動(dòng)過(guò)程中，兩齒輪由于存在表面接觸，因而有摩擦力的生成，部分機(jī)械能將會(huì)被轉(zhuǎn)化為熱能，將會(huì)大幅提高齒輪表面溫度，從而導(dǎo)致齒輪發(fā)生磨損。對(duì)閉式齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗磨損設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將改造重點(diǎn)放在如何提高齒輪本身的抗疲勞強(qiáng)度，從而保證齒輪在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中能夠具有理想的強(qiáng)度性能。如選用具有較高強(qiáng)度的金屬制作材料，從而賦予齒根具有良好的抗疲勞強(qiáng)度，不會(huì)由于受熱而發(fā)生彎曲；若兩齒輪全部屬于硬齒面，且二者硬度一致時(shí)，則需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行抗磨損設(shè)計(jì)。

3.2.2.開式齒輪傳動(dòng)

對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)而言，其抗磨損改造的重點(diǎn)在于如何提高齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)有效削弱磨損危害的目的。如結(jié)合機(jī)械設(shè)備的具體作業(yè)荷載、運(yùn)行規(guī)模，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)理論求得的模數(shù)予以適當(dāng)增大，從而達(dá)到有效延長(zhǎng)該類結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。另外，還可根據(jù)該類結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，并為之配備合適的潤(rùn)滑油，從而有效削弱運(yùn)行環(huán)節(jié)的磨損程度，也可對(duì)制作材料進(jìn)行事先熱化處理以有效減小齒輪表面的粗糙度[5]。

4.結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)予以相應(yīng)改造，能夠明顯提高機(jī)械的安全系數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能以及生產(chǎn)質(zhì)量等。對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)而言，抗磨損設(shè)計(jì)屬于常見的、典型的改造手段，因而設(shè)計(jì)人員有必要結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)本身的性能和特點(diǎn)，充分做好抗磨損結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造工作。

參考文獻(xiàn)：

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[5]李珍. 工程機(jī)械設(shè)備早期磨損的保養(yǎng)和維修[J]. 科技與企業(yè)，2013，21：31.