据齿轮的失效形式修换齿轮对

2014年10月14日
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关 键 词农机,齿轮,农机维修
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【资料简介】
  导读:齿轮的失效,是一个现象复杂,原因众多,形式多样的问题。据资料统计,失效形式共有四大类二十二种。但在通用齿轮传动中,主要的失效形式为:齿面疲劳点蚀、轮齿疲劳折断、齿面胶合和齿面磨损四种。现就这四种失效形式的原因进行分析,并从应用变位齿轮这一方面,提出防止或减少失效再度出现的措施。

  
齿轮
 
  1、轮齿的主要失效形式
  
  如上所述,轮齿的失效形式是各种各样的,这些形式又往往互相交错在一起,致使失效的形式显得更为复杂,修理时必须认真考虑,并抓住主要原因,选择防止措施。
  
  ①、齿面疲劳点蚀
  
  疲劳点蚀的失效,是闭式齿轮传动的一种主要失效形式,它是一种接触疲劳现象,分初期点蚀和破坏点蚀两种。
  
  初期点蚀是在齿轮使用的初期发生的,由于齿面加工痕迹而又局部凸起的存在,轮齿局部承受较大的负荷,再交变接触引力的作用下,局部凸起产生微裂纹,随着接触应力的增大,再齿面上出现里初期点蚀。因此,在齿轮啮合过程中,使得浸入裂纹中的润滑油受到封闭而产生高压,加速了微裂纹的破坏,同时,由于啮合齿面间存在滑动,离节点愈远,滑动愈大;而在节点附近,滑动zui小,油膜zui不易生成,而节点附近的摩擦力也就达到zui大值,所以点蚀大多数发生在轮齿节线附近。
  
  破坏性点蚀产生原因:对于齿面强度较低的材料(软齿面),裂纹多产生于表面。它是在外载的作用下,由于齿面间的滑动与滚动反复作用而产生疲劳裂纹。在存在润滑的作用下,润滑油渗入裂纹,啮合时裂纹中的润滑油遭受高压,这种压力的循环作用,使裂纹逐渐扩大,
  
  zui后使齿面上一部分材料剥落,在齿面上出现麻坑,形成破坏性点蚀。对于齿面强度较高的材料(硬齿面),其表面层与心部的过渡层往往成为危险区;当外载应力和材料强度的比值大于0.55时,就会产生裂纹,如果过渡层处有剩余拉应力,或表面淬火时,产生中间回火层,这种危险就更为增加。当靠近齿表面的材料内部有缺陷,或由非金属夹杂物及有微小裂纹时,就会成为表面内裂纹的根源,这种表面内的裂纹的产生与发展与润滑无关。点蚀的大小,随着齿轮啮合循环次数的增加而增加,随着载荷的加大而加大;而且,在护堤时,点蚀多发生在小齿轮上;载荷高时,则多发生在大齿轮上。而点蚀的发生与接触应力、啮合齿面间滑移率、齿轮材质、齿面光洁度等因素有关。而且在某种特定条件下,其中之一也可能是疲劳点蚀产生的主要原因。破坏性点蚀的蚀点,其直径要比初期点蚀大,因而齿面承压面积减小,以及齿形的破坏,引起动负荷增大,因而这些蚀坑往往成为疲劳源,zui终导致轮齿断裂,这类破坏是修理工作中常遇到的情况。
  
  ②、轮齿的疲劳断裂
  
  疲劳断裂时断裂破坏中zui常见的一种形式。由于设计不当,负荷过大,组装不良以及轮齿表层和次表层下的缺陷引起应力集中,从而使轮齿材料在超过持久极限的情况下又交变循环弯曲应力引起轮齿早期破坏。
  
  疲劳断裂一般首先从负荷侧(齿根拉伸侧)的齿根危险断面上产生疲劳裂纹,然后裂纹沿齿长的斜上方扩展,当轮齿齿根危险断面有效面积减小到不足以承受负荷时,部分轮齿或整齿迅速折断。
  
  疲劳断裂面具有两个特征:一个特征是在断裂面上可以看到一连串的贝壳状轮廓线(或等高线),它是因弯曲应力反复循环后发展的,在发展中因摩擦的作用表面较为光亮。另一个特征是在贝壳状轮廓线的中心区域,有一个极为清晰的“眼”(焦点部分),这个区域较为平滑,它是产生疲劳断裂的疲劳源。
  
  ③、齿面胶合
  
  齿面胶合是一种高温扯伤,由于负荷集中于局部的接触齿面上,油膜破坏,啮合齿面形成金属与金属的直接接触,在高温下引起金属分子局部融着,并从齿面很快扯下的现象。胶合的特征是沿着齿面的滑动方向形成沟槽。由于这种沟槽的产生,反过来油膜就更不能形成。因此,也有在同一齿面上同时看到胶合、点蚀及磨损等各种损坏形式。故胶合有导致齿轮早期损坏的危险性。
  
  初期(或轻度)胶合撕伤只要齿轮的负荷和速度不再增加,往往不会发展。反之,当负荷和速度继续增大时,则会产生严重胶合撕伤。在这种破坏过程中,具有融着和撕裂的作用,特别是齿面金属沿滑动方向被拉扯出齿顶。
  
  ④、齿面磨损
  
  由于轮齿间的摩擦而使得齿面磨损耗掉金属通称为齿面磨损。这种磨损,一般分为下列五种。
  
  a、正常磨损:正常磨损(跑合)是在齿轮的寿命范围内,接触齿面的金属极其缓慢地磨损,这种磨损是不可避免的,它不影响齿轮的寿命及使用性能。
  
  b、破坏性磨损:当齿轮啮合节圆的滑动受到阻碍时齿面由于磨损而损坏,工作恶化,此行改变,因而寿命显著降低。对于软齿面,同时还会产生胶合撕伤。有的齿轮由于破坏性磨损的产生,破坏了齿形,使冲击负荷增大而发生点蚀和塑性变形。
  
  c、磨料磨损:这种磨损又叫做麻点磨损。它是由于外界的微粒在轮齿啮合面所引起的一种表面磨损。这些微粒是组装前没有清除干净的研磨剂、铸造砂粒或氧化皮、润滑油中的不纯物、外界空气进入的杂志以及齿面或其他零件磨损下来的金属微粒等。当这些微粒极细时,在齿面沿滑动方向出现彼此独立的浅沟纹。
  
  2、根据齿轮的失效形式以确定变位系数
  
  根据齿轮的失效形式,确定变位系数的出发点是,针对失效原因,选择适当的变位系数,以提高齿轮的使用寿命。
  
  ①、应用齿轮变位,将大齿轮齿顶缩短,小齿轮齿顶增长,使啮合段向大齿轮方向移动,以增强轮齿的抗点蚀能力。将大齿轮齿顶减短,小齿轮齿顶增长,可用对大齿轮进行负变位,而对小齿轮进行正变位的方法达到。在修理工作中,就是采取修复大齿轮,配制新的正变位小齿轮的修理方案。至于变位系数的选择,可按下节“根究磨损量修换齿轮对”的方法进行。
  
  ②、增大压力角,降低弯曲扭矩,以防止出现疲劳断裂。采用增大压力角就可以增大齿面的曲率半径,这对于齿面的接触强度当然是有利的;另一方面,由于压力角的增大,齿根宽度也相应增大,因而对齿根的弯曲强度也同样是有利的。