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齿轮传动的失效分析及改善措施-齿轮传动

2018-10-25 14:15:26     点击量:745次

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  摘 要:在机械功能效应中机械齿轮停止工作对整个运行过程带来的影响非常大。文章从机械齿轮的传动特性作为起点,提出了在运行的过程中最多见的几种实效的状态,并进行改进。   关键词:齿轮传动;失效;研究   1 齿轮传动的特点   齿轮的机能传动是通过主动轮在助力从动齿轮的齿槽来实现的,在传动的过程中有以下几个特点:第一,因为齿轮在传递转动的时候是依附齿轮不断推压形成的,因此轮齿的受力方式是齿轮受力;第二,轮齿的受力面任何一个地方在接触轮齿时产生的应力都是从小到大、由无至有、继续从大至小直至归零这么一个过程,其主要受力方式是弯曲应力;第三,运行的过程中,节点的地方只有滚动,另外的齿面都是推动的方式,但是其顶部较根部的运行速度要大很多。   2 常见的齿轮传动失效形式   2.1 轮齿折断   在一般情况下齿轮的折损有以下两种现象,第一种为疲劳而导致的折断:齿轮在进行传动的时候,轮齿的受力就好比悬臂梁,齿根在受载时会出现很大的弯曲应力,在这个时候齿轮运行时会在交变的应力里,但是若保持一会之后齿轮就可能会到疲劳的最高限度,这样齿根圆角的地方就一定会因疲劳导致裂纹,若不断增加应力循环,裂纹也会越来越大,最后的结果就是齿轮会因为疲劳最终破损。第二种就是负载过大折断:运行的时候齿轮当经受重大冲击负荷又或者负载过大,亦或者是在安装时精密度不准使得一部分的齿轮受载这都会使得过载折损。但是和疲劳折损的不同之处在于,负荷太大折断有不固定的断裂位置,而且有粗糙的断面。   如图1所示:   图1 轮齿折断有两种情况   2.2 齿面点蚀   齿轮在运行时接触面在不断产生应力,表面的金属有可见的脱落情况,这样齿面就会失灵,这也就是所谓齿面的点蚀。因为齿轮的节线周围摩擦与应力都比较大,所以一般节线的根部出现点蚀情况最多。进行滚滑运作的时候,滚滑的相接的两个面进行运作的时候因为摩擦过大导致裂纹的出现,齿轮底部因为滚滑运作追越面,在两个齿轮相互滚动的过程中,追越面中的裂缝因为润滑油导致被迫渗入裂纹中,使之越来越大,因为油液受到不断的挤压渗出,所以裂纹里不会出现高压油。齿轮底部的裂纹在逐渐扩大之后就会出现脱落的现象,也就是点蚀。可以参考:累积故障数曲线来进一步理解点蚀的机理。   2.3 齿面磨粒磨损   在润滑度达不到要求的时候或者是在开式的传动模式的时候,灰尘会到啮合区域,导致表面材料的损耗,这种情况也就是轮齿表处的磨粒损耗。出现这种情况的时候,在滑动的方向与速度上会有平行的滑痕。   2.4 齿面塑性变形   轮齿表面在低速超重负荷的情况中,因为滑动产生的摩擦与轮齿表面应力相结合,轮齿的材料将会出现塑性流动,这样的情况也就是所谓的塑性变形。其方向平行与滑动的方向,由于滑动时的摩擦与其方向的节线正好是相反的,因此主动轮的轮齿的表面的变形是出现在齿轮顶部,同时有飞边的现象,而节线周围就会是沟谷,在动轮上是恰恰相反的。   2.5 齿面胶合   齿轮在低速重负荷功率大或者是运转速度过快的情况中,因为轮齿表面的温度太高或轮齿接触面的压力大,使得润滑的油膜破损,造成齿面直接性的接触,这样就会出现干摩擦与半干摩擦。在摩擦的同时,温度也会随之增加,轮齿的一些地方就会有熔焊附在表面,向运作的方向逐渐撕裂,这个时候齿轮的表面会进行移动,这也就是齿面的蛟河。其中就包括冷热两种胶合。   3 齿轮失效的改进措施   3.1 优化设计   最开始可以按照行业的标准,使用CAD或者其他软件挑选齿轮的整体结构并进行强度计算,挑选出最适合的方案;接下来就能够根据有限元与保角映射的方法来计算其齿根的应力,圆角与过渡作用的部分使用半径较大的齿根,在对外部齿轮进行加工的时候利用凸头留磨的滚刀方式,这样会有效的减轻弯曲应力,强度随之增加,其次,进行轮齿的契合形变分析的时候应该将弹力学也考虑到其中,将齿轮顶部修缘与齿面的喷丸技术与其抗疲劳程度进行增强,最后,采用极压强粘度的添加剂轮滑油对其齿轮进行润滑。