张永
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司
黑龙江省哈尔滨市150066
摘 要：在隧道工程机械设备故障中，机械传动齿轮失效问题极为常见。而齿轮失效会对机械设备应用造成极大地不良影响。基于此，本文对机械传动齿轮的失效问题进行了探究。分析了机械传动齿轮的运行特征以及常见的齿轮失效形式，并在此基础之上提出了应对策略。希望可以为工作人员提供参考。
关键词：机械；传动齿轮；失效；控制措施
1 机械传动齿轮的特征
机械齿轮具有极高的传动效率和稳定性。在传动效率方面，机械齿轮的传动效率可以居于机械传动效率首位。一般而言，机械传动齿轮的工作效率可以达到99%，正是因为机械齿轮具有这种特点，所以才得到了极为广泛的应用。而在稳定性方面，稳定性是机械齿轮实现可靠传动的根本。要实现机械齿轮的正常传动使用，就必须确保其具有可靠性。
2齿轮的常用材料
根据齿轮传动的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面有较高的抗点蚀、抗胶合、抗磨损和抗塑性变形能力，而齿根要有较高的抗折断及抗冲击能力。因此，对齿轮材料性能的基本要求：齿面要硬，齿芯要韧，具有良好的加工性和热处理性。齿轮材料对齿轮传动的承载能力有很大影响，正确选择齿轮材料很重要。
2.1钢材。钢材的韧性较好，耐冲击，可以通过热处理改善其力学性能并提高齿面硬度，故最适合制造齿轮。（1）锻钢。一般用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量为0.15%~0.6%的碳钢或合金钢。（2）铸钢。尺寸较大的齿轮常用铸钢制造，其毛坯应进行正火处理以消除残余应力和硬度不均匀的现象。
2.2灰铸铁。灰铸铁价格低廉，其铸造性能、减摩性能、抗点蚀和抗胶合性能较好，但其抗弯强度、耐冲击和耐磨性能较差。灰铸铁齿轮常用于轻载、低速、工作平稳的场合，灰铸铁中的石墨具有润滑作用，尤其适用于制造润滑条件较差的开式传动齿轮。球墨铸铁具有较高的力学性能，一定场合下常用来代替铸钢。
2.3塑料。工程塑料一般用于高速、轻载及精度不高的齿轮传动，它可以明显降低噪音。常用工程塑料有尼龙、夹布胶木等，用来制造小齿轮，而大齿轮仍用钢或者铸铁制造。
总之，分析并了解齿轮传动失效的形式，对设计齿轮传动时选择齿轮材料有很重要的意义。
3机械传动齿轮失效的方式
3.1 轮齿折断
齿轮折断一般有两种情况，一为疲劳性折断，这源于齿轮传动时，轮齿受力颇大，受载时，齿根会产生很强大的弯曲应力，齿轮就会在这种交变的弯曲应力中工作，经过长期的工作和应力作用，齿轮会逐渐到达疲劳的极限区域，齿根的圆角区域会出现裂缝，而在应力作用持续增加的过程中，裂缝也会慢慢扩大，直到齿轮因疲劳出现折断现象。二为过载性折断，齿轮运转时，会受到过多的冲击出现载荷及过载作用，也容易在安装时出现受损等影响，使得齿轮局部的过载更重，这都会最终导致过载折断现象。而且过载折断和疲劳折断有所不同，断口位置不会是固定状态，且端面很是粗糙。
3.2 齿面点蚀
在齿轮正常运转的过程里，接触面会因此产生很多应力，使得表层金属产生脱落，齿面继而会出现失效，即为齿面点蚀。而因为齿轮节线四周的摩擦应力大一些，通常在节线根部很容易发生点蚀。在工作的滚滑运转时，连接两面的运作会因为摩擦较大，发生裂纹，而齿轮底部会因为滚滑运作的追越面，于齿轮相互滚动活动时，追越面中的裂纹很可能会渗进去润滑油，继而使得裂纹不断扩大，此时油液会在挤压活动中持续渗出，所以裂纹内不会出现很多高压油。而齿轮底部的裂纹在历经持续的扩展后，会出现脱落，即点蚀现象。
3.3 齿面磨粒磨损
若齿轮处于润滑不足或开式传动两种状态时，外界的灰尘杂质会直接进入啮合区域内，继而让材料被过度磨损，损失较为严重，也就是齿面磨粒磨损。此时，若齿轮沿着滑动速度的方向运动，会逐渐出现平行状的线道滑痕。
3.4 齿面塑性变形
齿面处于低速或重载的运行状态时，会受到摩擦力和齿面应力的双重影响，继而使齿面材料产生塑性流动现象，即齿面塑性变形。变形方向与滑动的方向处于一致状态，是彼此平行的状态。而由于滑动摩擦力的作用，会使得其和主动轮齿滑动方向及节线行向完全相反的方向，因此，主动轮齿齿面塑性变形会通过齿顶组成飞边，继而于节线周围生成适当的沟谷，让从动轮和主动轮齿处于完全相反的状态。
3.5 齿面胶合
齿轮很容易在低速的重负荷条件下产生较大的功率，或是在运转速度很快的情况下，会因为轮齿表层的温度较高或是轮齿接触面的压力较大，使得润滑油膜被过度损坏，使齿面直接接触，如此就会发生干摩擦与半干摩擦现象。摩擦时，温度慢慢上升，轮齿部分的表层会出现熔焊，并向着运作方向一直撕开，出现裂纹，继而齿轮表层不断移动，成为所谓的齿面胶合，并在其中包含冷热胶合两种不同类型
4针对失效原因进行针对性措施的实施
4.1优化设计
初始阶段，根据行业相关规定，利用CAD或其他软件选择齿轮整体结构，计算强度，选择最佳方案。其次，便可依据有限元与保角映射方式，进行齿根应力计算，圆角与过渡作用的部分使用半径比较大的齿根，在对外部齿轮加工时，选择凸头留磨的滚刀方式，以此便可促使弯曲应力减轻，而强度显著加大。再次，分析轮齿契合形变时，充分考虑弹力学，把齿轮顶部修缘与齿面喷丸技术、抗疲劳程度等加以强化。最后，通过极压强黏度的添加剂轮滑油润滑齿轮。
4.2注重热处理的工艺优化
通常情况下，齿轮表面的硬度直接决定了齿轮的承载力大小，齿轮的承载力还会受到齿轮表层剪切强度性和剪应力比值的影响。大量研究表明，为保证齿轮的承载力满足机械运行要求，必须将该比值控制在0.55以下。机械齿轮的加工处理中，往往需要进行必要的硬化处理。就硬化处理方式而言，渗碳淬火的应用最普遍，大大提升了齿轮硬化层的深度，保证了其硬化处理效果。就齿轮齿面的处理来看，其含碳量需要控制在合理范围内。一般维持在0.8%～1%最为理想，可使得齿轮表面到芯部的硬度梯度始终维持在缓和状态下。当经由必要的回火与淬火加工处理后，保证齿轮表面的硬度可以达到齿轮加工的标准要求。如果在此过程中要消除齿轮表面的残余应力，必须适应热处理技术，如采用氮碳共渗法等。在实际应用中，可以提高齿轮表面的硬度。
4.3正确操作
机械设备往往需要在复杂恶劣的环境下连续性工作，所以对于齿轮的伤害较大，为保证齿轮运行的安全稳定，在操作时必须严格按照技术标准进行，在安装齿轮和对齿轮进行检查维修时必须保证齿轮具有足够的承载强度、适应工作要求。正确的操作不但可避免发生超承载的问题，而且还能保持表面的光滑度和齿轮的硬度、强度等，将主动轮和从动轮结合在一起可避免磨损问题的发生，从而可延长齿轮使用寿命，此外，要做好对机械设备齿轮的检查维修，及时发现齿轮失效的问题，然后采取恰当的措施加以改正。
4.4润滑
技术人员在润滑期间应严格遵循相关规律与设计参数，明确啮合面的加工粗糙程度与磨损度，采用改进技术延长齿面的抗疲劳强度与使用寿命。同时，为了减小齿轮表面摩擦力数值，技术人员还应建立油膜，延缓疲劳裂纹的扩展速度。工作人员应根据齿轮的具体类型合理选择润滑油种类，且选择时应注重环境的污染程度。工作期间周围环境温度较高，因此应选择高粘度值的润滑油。
总结
齿轮的失效形式虽然多种多样，但在实际工工作应具体分折齿轮失效的诱因，才能作出正确的出轮的告理加强香轮加工、 使用和维修保养措施，从而有效通免齿轮失效现象的发生。
参考文献:
[1]汪淑艳，钟庆海.关于机械传动齿轮失效问题的探讨[].内燃机与配件, 2019 (09) : 128-129.
[2]姚建安.关于机械齿轮传动及传动失效的特性分析[J].南方农机，2018, 49 (17) : 195.
[3]刘立娟.机械传动齿轮失效问题探究[J].现代制造技术与装备,2019(11):110-111.