齿轮磨损失效形式的研究及改进

广西轻工业 GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 机械与电气 2010年 7月 第 7期（总第 140期） 【作者简介】闫存富(1972-)，河南安阳人，机械工程师，硕士研究生，主要从事机械自动化、数控技术的研究。 齿轮传动因其具有传动平稳、传动比恒定、结构紧凑、能承 受较大载荷等优点，而广泛应用于各种机械传动中。但受材质、 制造精度、加工工艺、安装及环境等因素的影响,齿轮会产生各 种各样的失效,如轮齿折断、点蚀、磨损、胶合和齿面塑性变形 等,严重影响齿轮的寿命，因此对齿轮常见失效形式进行研究， 提出改进措施，有效延长齿轮的使用寿命具有重要的经济现实 意义。 本文以Φ2700×3600型球磨机的传动齿轮副为例，重点 对传动齿轮磨损失效问题进行研究,并提出改进措施。 1 齿轮传动系统简介 本文研究的Φ2700×3600型球磨机传动系统如图 1 [1]所 示，该传动系统采用半开式单边传动。 图1 球磨机传动系统简图 由图 1可知，该传动系统主要包括电动机、联轴器、传动 轴、小齿轮、大齿圈及轴承和轴承座等。传动过程如图 2所示： 图2 齿轮传动过程图 电动机通过联轴器将动力传给小齿轮，再经齿轮啮合传给 大齿圈，带动球磨机转动。传动齿轮参数如表 1。该传动齿轮副系 统具有高速、强振动、重载、周期性冲击、工作环境恶劣等特点。 在生产运行中，发现齿轮使用寿命与预期寿命有的相差很 大，齿轮齿面磨损现象严重，非正常磨损又导致传动装置产生 剧烈振动，严重时造成轴承座的损坏。通过对报废齿轮的失效 形式进行统计发现轮齿虽然也有折断现象，但比例较小，磨损 失效占的比例最大，有必要对磨损问题进行研究。 表1 传动齿轮参数 2 传动齿轮副磨损理论及影响因素 2.1 齿轮传动的特点 齿轮传动实际上是通过主动齿轮的齿廓，推动从动齿轮轮 齿的齿廓来实现运动传递的。在一对轮齿从开始啮合到脱离啮 合的过程中，具有以下几个特点： （1）齿轮传动中，作用在轮齿上的力总是垂直指向齿面。 （2）传动过程中，齿面上任一点处的受力都是时时变化 的，从齿体来说，以弯曲应力为主。 （3）在轮齿的运动过程中，除节点处是纯滚动外，其余接 触点均为连滚带滑，齿根部分比齿顶部分跑得慢。 （4）齿轮副的实际中心线和理论啮合线是以平面运动方 式变化的，实际啮合点的轨迹是一条曲线。 2.2 磨损理论及分类 磨损是指运动副之间磨擦导致零件表面材料的逐渐丧失 或迁移，齿轮磨损是指啮合过程中齿轮表面材料不断摩擦和消 耗的过程 [2]。 关于磨损现象的本质问题，人们曾经提出过很多理论[3]，如 克拉盖尔斯基的疲劳磨损理论，麻省理工学院的剥层理论等他 们从不同的角度对磨损现象进行了大量的理论研究。但由于影 响因素多种多样，例如材料性能、工作环境、润滑、制造和安装 精度以及在运行过程中的维修等等，各因素之间又互相影响， 因此对磨损的研究，以实验研究和现场的经验为主，以获得研 究数据，进行经验性的研究。 关于磨损的分类方法也不一致，可概括为以下几种 [4]：按 磨损程度可以将磨损划分为轻微磨损、中等磨损和过度磨损； 按照磨损机理可分为粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损、腐蚀 磨损、流体侵蚀磨损、机械化学磨损等类型；按磨损结果着重对 齿轮磨损失效形式的研究及改进 闫存富 1，陶 怡 2，刘 军 3 （1 .黄河科技学院工学院，河南 郑州 450063；2.河南城建学院建筑环境与热能工程系，河南 平顶山，467044；3. 河南农业大学机电工程学院，河南 郑州 450002） 【摘 要】 以Φ2700×3600型球磨机传动齿轮副为例，从制造、工作环境、润滑及安装等方面，对齿轮副磨损失效形式进 行研究，并提出改进措施。经生产运行表明，效果良好。 【关键词】 齿轮传动；磨损失效；研究；改进 【中图分类号】 TH117 【文献标识码】 A 【文章编号】 1003- 2673(2010)07－45－02 45 磨损表面的外观描述可分为划伤磨损、点蚀磨损、剥落磨损、胶 合磨损等[5]。 2.3 磨损影响因素 本文主要从制造、工作环境、润滑、安装精度等方面进行研 究。 2.3.1 制造方面 首先是选材，材料是决定齿轮耐磨性的一个重要因素,材 料的含碳量及合金成份对耐磨性有明显影响。有资料介绍,合 金元素与钢中的碳形成特殊的碳化物, 能明显提高钢的耐磨 性。而 Ni是一种综合性较好的元素,它不能与碳形成碳化物,可 以增强钢的淬透性,提高材料的各项机械性能。其次是轮齿的 制造精度和表面光洁度,应符合 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。 2.3.2 工作环境方面 受空间、重量等因素的限制，该传动系统采用制造简单、 更换方便的开式齿轮传动。实际工作条件是：首先空气中漂浮 有大量粉尘，当这些颗粒落到齿面上时，则由于油脂的粘附作 用，这些颗粒会附着在齿面上，随着轮齿的相互啮合，受到强 大压力作用，较硬的粉尘颗粒被嵌入齿面，超过齿轮齿面硬度 的颗粒，就会在齿面上划出划痕;继续受压应力作用，疲劳脱 落，就形成磨损颗粒。其次这类齿轮由于本身受负荷较大，冲 击严重，润滑不良，密封状况较差，齿面也容易发生剧烈磨损， 2.3.3 润滑方面 该传动系统的润滑装置是在啮合区上方的齿轮护罩部位开 有一个的加油槽，润滑油通过油槽底部的缝隙滴到齿轮上方的 脱离啮合的部位，又是采用人工定期加油。容易出现如下问题： （1）由于润滑油是在齿轮旋转一周后，才能进入啮合区。 大部分润滑油在离心力的作用下被甩到齿轮副上面护罩的底 部，只有很少一部分能进入齿轮副局部啮合区，造成啮合区缺 油，形成干摩擦引起磨损。 （2）由于加油槽没有进行封闭，空气中的漂浮物和小颗 粒，会随着润滑油进入啮合表面，引起磨粒磨损，齿轮护罩底部 的长期积累下的颗粒由于振动也会落入齿轮啮合区，也容易引 起磨粒磨损。 （3）加油槽长期不清理，空气中的漂浮物和小颗粒，堵塞 加油缝隙，部分操作人员不按时加油都容易造成注油不充分， 导致缺油，在齿轮副啮合面之间不能形成油膜，形成干摩擦。 2.3.4安装精度方面 安装精度不合格时，容易出现两类问题： （1）当球磨机的轴线与小齿轮轴线平行度误差超出允许 范围时，会出现“一端接触”现象，引起载荷沿齿宽方向分布不 均匀，导致轮齿表面产生磨损不均匀，以及啮合齿轮的侧间隙 或顶间隙控制不严时，会影响齿轮的润滑效果引起磨损。 （2）当球磨机电机轴和小齿轮的轴线之间的同轴度误差 超出允许范围时，会引起强烈的振动，系统振动能使齿轮在啮 合过程中出现所谓的动态啮合变位，这种动态啮合变位导致啮 合点在齿高中部某些邻域以进两步退一步的往复方式移动，这 一方面容易使啮合齿面间的润滑油膜遭到破坏，使磨擦增大， 另一方面导致冲击载荷急剧增加，使载荷峰值增加，也增加了 啮合齿面间的相对滑动距离，这几方面的综合效应导致啮合齿 面间发生剧烈滑动摩擦，引起齿面的过早磨损[6]。 3 改进 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及措施 根据以上分析，结合实际工作条件，从以下方面提出如下 改进措施。 （1）改变齿轮密封形式。为减少进入齿轮副啮合面的粉尘 数量，减少磨粒磨损现象的发生，将密封形式由半开式改为封 闭式。 （2）改变齿轮润滑方式。为保证齿轮啮合面上润滑油的充 分供给，避免缺油现象的发生，将齿轮润滑方式由人工定时加 油改为自动喷油润滑。 （3）为避免“一端接触”现象的发生，严格按照球磨机安装 和检修标准进行安装和检修，保证电动机主轴和小齿轮的轴线 之间的同轴度误差在允许的范围内。 （4）为减少传动齿轮副的周期性冲击、振动等，应加强日 常点检和维修，将小齿轮轴线和大齿轮轴线之间的平行度严格 控制在误差允许范围之内。 （5）改善齿面的加工质量，在不增加加工成本的前提下， 尽量提高轮齿的精度和表面光洁度，使齿面有效接触面积尽可 能扩大，减少磨损。 4 结束语 首先简述了Φ2700×3600型球磨机传动系统的工作原 理和特点，指出磨损是传动齿轮副的主要失效形式，结合磨损 理论分析了影响因素，并提出改进措施，得出如下结论： （1）磨损是球磨机传动齿轮副的主要失效形式。 （2）齿轮的材料性能、制造精度对齿轮的磨损失效有很大 的影响。 （3）工作环境恶劣，传动齿轮副密封状况差，导致齿轮磨 损的主要原因。 （4）润滑不良、安装精度差引起的振动，也是齿轮副产生 磨损主要原因。 参考文献 [1]黄建龙,闫存富.球磨机传动齿轮副失效形式的分析及改进[J].矿山机 械,2007,(10):66-68. [2]孙兆森,李建胜.齿轮传动失效形式及其对策[J].山西焦煤科技,2006, (4):46-47. [3]岳钟英,周平安,金占明.干磨料磨损条件下磨属分析技术及磨料料磨 损机理的研究[J].摩擦磨损,1984,(1):34-37. [4]邱宣怀,郭可谦,吴宗泽等.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1997. [5]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006. [6]韩致信,石文瑞,彭国义等.齿轮系统振动加剧齿轮磨损毁坏的机理分 析[J].甘肃工业大学学报,2006,(2):78-80. 46