齒面點蝕的原因分析與處理

1.問題的提出

某公司有兩臺由沈陽鼓風機廠生產的DH型離心式壓縮機，分別與四川空分設備廠生產的兩套空氣分離裝置配套，壓縮機為1993年安裝投入使用的，兩壓縮機為一用一備，每2-3年進行一次定期檢修，在2004年對1號壓縮機的定期檢修中發現壓縮機傳動齒輪中的大齒輪齒面上出現輕微的點蝕現象，在2005年對2號壓縮機的檢修中也發現同樣的問題，因點蝕情況很輕，未對點蝕部分做任何處理就進行了安裝，而在2005年5月份的檢修1號壓縮機中發現該壓縮機傳動齒輪齒面的點蝕情況明顯加重，雖不至影響設備的運行，但為了保證設備安全、延長設備的使用壽命，有必要對該齒輪的點蝕情況進行分析，分析點蝕產生的原因，找出影響因素，從而反映出齒輪在設計、制造、裝配、使用過程中存在的問題，制訂相應措施，確保設備的運行安全，延長齒輪的使用壽命。

2.原因分析

2.1設備概述

該離心式壓縮機本體是由電動機通過齒式聯軸器所驅動的大增速斜齒輪帶動兩側平行配置的兩個從動高速齒輪軸，高速齒輪軸的兩端裝有葉輪，四個葉輪與各自的蝸殼組成四級壓縮段。四組滑動軸承支撐兩高速齒輪軸，大增速斜齒輪軸轉速為1500r/min，一、二級齒輪軸的轉速為15569r/min，三、四級齒輪軸的轉速為18810r/min，其中增速大齒輪齒數為288個，法向模數為4。機組用32#汽輪機油潤滑，供油溫度為35℃-45℃，齒輪的潤滑方式為噴濺潤滑。設備配置見圖.

2.2原因分析

齒面因交變應力接觸導致金屬疲勞點蝕或剝落，這是閉式齒輪傳動主要失效形式之一，點蝕和剝落的存在，往往會導致齒面的磨損，從而影響齒輪傳動的精度和壽命，甚至會引發斷齒，因此要加以避免。而影響齒面點蝕的原因有載荷、潤滑、安裝等因素，針對本例中齒面出現的情況，認為主要有以下幾個方面的原因：

2.2.1潤滑油的影響

實踐經驗表明，齒輪齒根部分的齒面最容易產生點蝕。其原因在于，此部分齒面上的滑動率為負，裂紋容易產生，而潤滑油進入裂紋后被封住，產生很大壓力，使裂紋擴展，一般而言，潤滑油的粘度對點蝕和剝落的影響頗大。通常情況下，稀薄的潤滑油比粘稠的潤滑油更易浸透到裂縫中去，造成裂紋的擴展，粘度大的潤滑油緩沖吸振性強，容易建立承載油膜，故潤滑油的粘度越高，其油膜越厚，表面微凸體相互作用越小，表面抗點蝕和剝落能力越高.在本例離心式壓縮機中，根據軸承與齒輪傳動潤滑的需要，潤滑油的設計供油溫度為35℃-45℃之間，大齒輪與兩高速齒輪的嚙合潤滑方式為從嚙出側噴入潤滑油的噴濺潤滑，兩對齒輪嚙合潤滑油供給3-4級側由供油管道直接供給，而1-2級供油由供油管道進入，通過箱體內的供油孔供給，供油孔與機體蝸殼靠在一起，蝸殼內氣體的溫度為120℃-140℃，則潤滑油在通過機體油孔時潤滑油溫度提高到近100℃，此時潤滑油粘度大大下降，見表一32號汽輪機油在40℃、100℃時的粘度值。潤滑油的粘度降低，使齒輪表面的抗點蝕能力下降。

2.2.2載荷的影響

輪齒工作時，齒面接觸應力是按脈動循環變化的，若齒面接觸應力超過材料的接觸疲勞極限時，齒面表層在載荷的多次重復作用下，產生細小的疲勞裂紋，通常開始于輪齒節線以下點蝕，這種麻點形成應力的增高，導致麻點問的金屬疲勞引起齒廓的破壞。抗點蝕主要與齒面的硬度有關。載荷越大，越易產生點蝕和剝落，在實際運行中，由于軸承損壞或軸彎曲以及因正常或非正常原因多次啟停離心式壓縮機瞬間或因系統運行不穩定使壓縮機的負荷發生急劇變化和環境工況變化較大時，齒輪會不斷受到強力沖擊，使齒輪載荷嚴重集中，局部應力過高，導致齒面的點蝕及至失效。

2.2.3安裝使用的影響

現場安裝技術規范不健全，測量儀器不完備，造成安裝質量不穩定，達不到齒輪安裝技術要求和質量標準。例如齒輪軸中心線的水平度、平行度、中心距、輪齒嚙合間隙、接觸面積以及軸承安裝等不合格，在壓縮機的檢修過程中，多次更換軸承，在軸承的更換中，往往注重保證軸承的軸向、徑向間隙，而對齒輪軸中心線的水平度、平行度、中心距等未進行過檢測，此壓縮機就曾發生過一次軸承安裝高度不一致的情況，因軸承發生了較為嚴重的燒研時對齒輪軸的進一步檢測時才發現了這一情況。有的違章操作，機械超負荷運轉，超過齒輪的承載能力。

3解決辦法及改進措施

3.1改進1-2級側齒輪潤滑的供油方式，由機體內油孔供油改為由機體外的供油管道供油，保證供油溫度穩定在設計要求范圍內。

3.2保證設備及系統運行穩定，減少壓縮機的啟停次數。

3.3規范檢修規程，提高安裝精度，檢修過程增加齒輪軸中心線的水平度、平行度、中心距的檢測項目.

4結束語

通過上述改進后，該壓縮機經過一年運行后，在2005年7月的檢修中發現齒面的點蝕現象沒有明顯的變化，證明采取以上的改進措施非常有效。我們又于2005年10月份對另一臺同型號的壓縮機進行了同樣的處理。改進后原來發生的點蝕情況經觀察，到目前為止也沒有再進一步擴展，更進一步說明以上的改進措施有效可行。

參考文獻：

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[5]戴娟等潤滑對幾種主要的齒輪傳動失效形式的影響《機床與液壓》2004年第1期，P147-148

作者簡介：劉文玲，女，山東淄博人，高級工程師，副教授。

（淄博職業學院 山東淄博 255314）