機械傳動齒輪失效原因及其控制措施

張杰

摘要：機械傳動齒輪在運行過程中不能很好地工作的原因有很多，如長期運行造成齒輪磨損、齒輪膠合問題、齒輪表面塑性變形、齒輪輪齒斷裂或齒輪表面疲勞點蝕等。要有效消除這些問題，需要進一步加強加工工藝，從而提高齒輪質量，使齒輪具有較高的抗變形能力。同時，優化潤滑油技術，確保與齒輪功能一致，使齒輪處于良好的運轉狀態。

關鍵詞：機械傳動;齒輪失效;原因及控制;措施

引言

由于條件不同，齒輪傳動過程中產生的故障形式也會不同。一般來說，如果齒輪傳動過程中出現故障，就意味著齒輪輪齒失效。齒輪斷齒的形式有很多種，其中齒輪斷齒比較常見，還有一些其他形式，如工作面磨損、點蝕、膠合和塑性變形等。以下為簡要介紹，其他齒輪齒失效形式可參考相關標準。對于齒輪的其他零件，如輻條、齒圈和輪轂，不僅需要嚴格控制齒輪的質量，還需要從經驗的角度進行設計。規定的尺寸可以滿足強度和剛度，在實踐中幾乎不會發生失效。

1齒輪傳動的優點及缺點

齒輪傳動在現代設備中廣泛應用，在經濟發展中發揮著巨大的作用。因此，了解齒輪傳動的問題和缺陷并分析其原因對于設計合理的結構和找到預防措施非常重要。齒輪傳動主要有以下優點：①傳動比恒定;②傳輸比大;③傳輸功率范圍大，負載能力強;④傳輸效率高，使用壽命長;⑤結構緊湊，占地面積小;⑥維護方便等。同時，齒輪傳動還存在以下缺陷：①傳動過程中存在振動、沖擊和噪聲，產生動態載荷;②防止過載;③齒輪加工制造過程中制造工藝復雜（特別是某些定制的特殊齒輪），對機床刀具和加工檢測儀器要求高，成本高。齒輪傳動中遇到的問題與齒輪的優缺點相關，需要充分利用齒輪傳動中的優點和缺點。

2機械傳動齒輪失效的主要問題

2.1機械傳動齒輪的強化處理存在不足

從當前機械傳動齒輪的制備和應用情況來看，部分齒輪的生產者缺乏對齒輪承載能力的有效研究，未能按照機械設備的實際使用需求進行施工壽命的分析判斷，無法充分明確齒輪芯部的強度狀況，難以通過剪切強度的分析更好地滿足齒輪處理技術的應用需要。部分機械傳動齒輪在處理失效問題控制措施的過程中，對于深層淬火問題的關注程度較低，缺乏對齒輪強化處理技術不同應用成效的有效分析，導致硬化層深度的控制技術無法得到有效改良，難以為齒輪裝置參與拉應力的控制提供必要支持。部分齒輪裝置強化處理技術的應用缺乏對拉應力過渡區設置有效性的關注，尤其對于齒輪裝置表面的碳含量情況分析考察不夠充分，無法在碳含量的范圍特征得到充分明確的情況下，更好地滿足齒輪強度控制的具體需要。一些機械傳動齒輪的強化處理技術缺乏對強度跨度特征的有效掌握，尤其對于共滲工藝的應用有效性分析不夠全面，無法在氮元素的滲入量得到合理控制的情況下，憑借更加科學的手段實現齒輪強度的優化處理。

2.2傳動結構設計不合理

日常接觸最多的齒輪傳動結構是用齒輪箱傳動，在重工機械中，很多時候用的齒輪尺寸很大，市場上也沒有相應的齒輪箱。設計時完全依據設計師的工作經驗和想法。設計時兩個齒輪軸的沒有固定在一個箱體上，這樣在傳動時齒輪產生的振動和沖擊會放大，增加傳動的不穩定性。這個問題在實際應用中已經得到了體現。在設計時，盡量避免兩個齒輪軸的固定座不穩定的情況。

3齒輪失效優化對策

3.1改進加工工藝

齒輪件加工期間需要使用滲碳猝火技術，但使用此技術會改變高性能合金鋼內部微觀結構，將晶格形狀由面心立方形，改變為體心立方形，增大了體積與齒輪表面的拉應力。齒輪表面受到拉應力與外荷載時，會出現裂紋，在磨削加工與滲碳猝火處理后，改變內部微觀結構，齒輪件材料內部會產生大量殘余應力。在交變應力與內應力的雙重作用下，齒輪表面出現裂紋，長時間后殘余應力逐漸釋放，裂紋逐步擴散，嚴重影響了齒輪件的穩定性。噴丸技術需要使用數量極多且粒徑較小的鋼丸，通過噴丸設備直接噴射至材料表面，產生沖擊荷載，在材料表面形成塑性變形，保證熱處理材料后可以充分釋放內部殘余應力，使得表面可以形成微小凹坑，轉變材料表面的拉應力，改變為壓應力。同時，在齒根部采用噴丸技術，還可以保證熱處理期間氧化物比例的合理性，提高齒面接觸強度與齒輪彎曲強度。因此，應將噴丸技術合理應用至刮板運輸機減速器圓柱齒輪中與圓錐齒輪中，包括下料、鍛造、正火、機加工、滲碳猝火、低溫回火、齒根噴丸強化以及磨削加工等各個流程。工藝使用期間應合理控制溫度，保證加工工藝的冷熱交換，提高齒輪的承載能力。

3.2建立齒輪傳動系統模型分析

隨著飛行汽車概念和技術的發展，齒輪傳動系統成為限制其服役性能和可靠性的重要瓶頸之一。為此，建立了考慮強度退化與失效相關的飛行汽車齒輪傳動系統動態可靠性分析模型。計算了齒輪傳動系統在飛行載荷譜作用下齒輪的接觸應力與彎曲應力，并通過Goodman準則轉換對稱循環應力，作為可靠性模型的應力輸入變量;基于非線性疲勞累積損傷理論，建立了齒輪強度退化模型，作為可靠性模型的強度輸入變量。得到以下結論：（1）該飛行汽車齒輪傳動系統服役過程中，系統中各齒輪可靠度從大到小依次排序為：齒圈R、錐齒輪B2、錐齒輪B4、錐齒輪B1、錐齒輪B3、太陽輪S、行星輪P、惰輪I。由于輸入行星齒輪級行星輪P與惰輪I所承受接觸應力、彎曲應力較大，且其轉速相比其他齒輪較快，導致其可靠度下降最快，不符合等強度設計原則，是結構改進與優化的重要環節。（2）在該飛行汽車齒輪傳動系統中，各子系統內部齒輪失效相關性沿著功率傳遞方向逐漸增強。由于飛行汽車齒輪傳動系統中各部件失效的耦合作用，對系統可靠性具有明顯的削弱作用。考慮失效相關的3000h服役壽命后系統可靠度為84.01%，與不考慮失效相關的情況相比，可靠度降低了5.42%。

3.3提高齒輪材料選擇的合理性

從加工工藝指標分析的角度出發，對當前的齒輪材料選擇水平進行評估，結合齒輪裝置的強度需要，制定材料選擇相關工作的科學化方案。對低碳合金鋼所具備的突出應用優勢進行總結，從齒輪裝置的承載力和沖擊力應對角度出發，制定齒輪材料的選擇方案，使材料選擇的基礎條件可以得到充分改進。加強對鋼材之中鎳元素構成情況的分析，尤其要對載荷波動等主體信息進行作用考察，結合齒輪裝置模數特點制定材料選擇創新方案，為鋼材的科學化選取提供必要支持。加強對鋼材淬透性的重視，并結合鋼材的耐磨需求，進行齒輪制備鋼材性能分析，并借此保證鋼材的芯部具備足夠的硬度。齒輪材質的選擇還必須將抗變形效果作為主要因素進行研究，使特殊鋼材在齒輪制備方面的突出價值可以得到有效認定，為齒輪性能各方面影響因素的精準識別提供幫助，從而實現對齒輪選材方案的創新，為齒輪性能的改進提供有利保障。

結束語

本文分析研究了齒輪在齒輪傳動實際應用中的失效條件，并給出了齒輪傳動失效和失效的減少方法。分析齒輪傳動的優缺點，控制現場設計、加工檢驗和各種使用環境等因素，減少齒輪傳動缺陷的影響，改進齒輪傳動機構，希望有一定的。

參考文獻

[1]魏興春，王智明，郭俊鋒，張亞飛，宋亞龍.失效相關的齒輪一次四階矩可靠性分析[J].振動與沖擊，2020，39（07）：14-20.

[2]劉立娟.機械傳動齒輪失效問題探究[J].現代制造技術與裝備，2019（11）：110-111.

[3]孫嘉陵.機械傳動齒輪失效及其控制措施分析[J].內燃機與配件，2019（17）：163-164.

[4]姚建安.關于機械齒輪傳動及傳動失效的特性分析[J].南方農機，2018，49（17）：195.

[5]劉云龍.齒輪傳動中輪齒的失效分析及對策[J].南方農機，2017，48（14）：27+34.