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煤矿机械齿轮失效的原因及对策
马改名
在机械传动中.齿轮传动使用范围很广.可以用来传递任意两根轴之间的运动和动力.而且同其他机械传动相比.有传动平稳、传递效率高、结构紧凑、功率大的特点。根据义马煤业集团各煤矿的实际情况.近年来.齿轮传动在煤矿机械使用中失效速度较快.使设备的功能不能充分发挥.直接影响煤矿的安全生产。下面就齿轮传动的失效进行分析。
齿轮常见的失效形式及原因
1.1渐开线齿轮的失效形式
渐开线齿轮的失效形式多种多样.常见的有以下几种。
(1)齿而点蚀。在煤矿设备中.齿而点蚀是齿轮失效的主要形式。一对齿轮在啮合时.两齿而之间在接触处产生循环的接触应力.如果接触应力超过齿面材料的疲劳强度极限.当齿轮工作一定时期以后.在齿面上就会出现微观的疲劳裂纹。这种疲劳裂纹首先发生在节线附近的齿根表面上.随着裂纹的逐渐蔓延和扩展.齿面金属表层将产生片状剥落而形成麻坑.这种现象称为点蚀。当点蚀出现后.齿面承载面迅速减小.使接触应力急剧增答.不仅加剧齿而的疲劳损坏.同时也破坏了齿而啮合的正确性.因而引起相当大的动载荷.最终导致齿面无法正常工作。实践表明.为了防止齿而点蚀破坏.应进行接触疲劳强度的计算.在允许范围内采取较大的正变位.提高齿棉的硬度和光洁度。在使用中增大润滑油粘度和减小动载荷等.都可以提糕齿而的接触强度。
(2)表面剥落。有的齿轮经过表面淬火.如果硬表层层很薄.且农面层与芯部的硬度相差很大.则在受载荷作用时会形成农层剥落。
(3)齿而磨损。开式传动的齿轮.齿而磨损是其主要的失效形式。磨损有两种.一种是由于硬质颗粒.如灰尘、砂粒、金属屑等进入齿而.称为磨料磨损;另一种是由于接触齿棉在相对滑动中互相摩擦的磨损.称为研磨磨损。在地面绞车闭式传动中也会产生研磨磨损.这种磨损是不可避免的。提高齿面的耐磨性.保持良好的润滑条件.合理地选择变位系数.以降低齿面的相对滑动速度和接触应力.都可以减轻磨损。
(4)轮齿折断。闭式、开式或半开式传动.都可能发生轮齿折断。通常齿宽较小的齿轮容易发生全齿折断.齿宽较大的齿轮容易发生局部折断。折断有两种.一种是轮齿因短时过载或受到冲击载荷而发生突然折断;另种是轮齿因受多次重复弯曲而发生的疲劳折断。为了防止轮齿突然折断.应注意过载和冲击;为了防止疲劳折断.应注意制造精度和热处理质量。
1.2圆弧齿轮的失效形式
在圆弧齿轮传动的使用实践中.其失效形式主要是齿而点蚀、擦伤与胶合.现分述如下。
(1}早期点蚀的原因主要是由于齿而接触不良及超负荷运转.引起齿面接触应力增大。早期点蚀的发生时间较早.几天或十几天就发生大块大块的剥落.发展得很快.直径大且深。所以在使用中一般不应进行超负荷运转.尤其是初期运转时.负荷应从小到大逐渐增加.待齿而接触情况达到要求时.再满负荷运转。
(2)后期点蚀(疲旁点蚀)的原因有3点:第一。接触精度不好.如对角接触、接触面有偏齿或顶齿根等现象。凡属接触不好的发生点蚀比较早也比较严重。第二.大、小齿轮表面硬度差偏小.材料的饱和性能及抗疲劳性能差.亦易引起点蚀。第三.润滑油过稀易产生和助长点蚀的发生和发展.因粘度小的润滑油无助于消减作用在齿而上的动力载荷和摩擦力.所以采用粘度较大的润滑油为宜.
(3)擦伤与胶合。当润滑油过稀时.由于两齿轮间的压力和相对滑动.容易导致润滑油被挤出或啮合温度升高.使两齿而的金属表面直接接触而互相胶住.这时材料硬的齿面就会把软的齿面擦伤.或将部分金属粘走.使软齿面上形成许多沿滑动方向的沟纹。齿面发生胶合后.两齿面都变得很粗糙.从而加剧了齿面的磨损。
2轮齿的检查
为了检查啮合接触而积.将轮齿涂上一层红丹粉.然后将齿轮向正反向转动一圈或两圈.最后观察轮齿上的压痕。
渐开线齿轮的啮合接触面积沿齿长不得小于5%,沿齿高不得小于40%;圆弧齿轮的啮合接触面积沿齿长不得小于90%,沿齿高不得小于60%。
齿轮齿面如有局部剥落.应立即检查各轴的中心距离、平行度和整个齿轮系统的啮合与润滑情况。经检查处理后再运转.如齿面剥落不再增加.且剥落面积不超过轮齿有效面积的2%时.仍可照常使用;如剥落继续增加.应立即停止使用.进行更换。
齿厚的磨损不得超过原齿厚的10%^15%.对于没有往复冲击载荷的齿轮可允许磨损25%.而在重载荷往复冲击的条件下只允许磨损8%.达到或超过此规定时.必须进行更换。经过渗碳淬火的齿轮.磨损不应超过硬化层厚的80%,最大不得超过渗碳深度。
3预防齿轮失效的措施
(1)正确安装。在安装时.正确调整两轴间的垂直度平行度.使齿轮的啮合间隙适当.避免因间隙过人、过小、扭斜.使齿轮断齿.齿面局部受损。
(2)合理润滑。对齿轮润滑油粘度的选择要适当.如果润滑油的粘度太小.难以在齿的表面形成起到保护作用的油膜.齿而的摩擦力就会增加.磨损也加大。润滑油的油质要清洁.不