张帅
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：在机械工程中齿轮占据着至关重要的地位，在机械设施中发挥着重要作用，同时，在机械运转中对齿轮的磨损消耗也比较大，为此，如何提高齿轮转动使用效果、延长其使用寿命成为众人关注的问题之一。造成齿轮传动失效大多是因为轮齿失效造成的，为此，我们应当充分分析齿轮传统的特点类型，深入分析造成其失效的原因，并且采取有效的控制措施。
关键词：减速机；齿轮传动；失效
一、减速机和齿轮的介绍
1减速机的类型
减速机包括蜗轮蜗杆减速机、谐波减速机以及行星减速机。其中蜗轮蜗杆减速机具有反向自锁的功能，减速比较大，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上，这种类型的减速机的传动效率差、精度也不高。
2齿轮的相关知识
齿轮的精度一般考虑经济因素，但是齿轮的精度等级对于噪声的产生以及侧隙有很大的影响，高精度的齿轮产生的噪声更小。对于齿轮宽度来说，增加齿轮宽度可以减少恒定扭矩下的单位负荷，扭矩恒定时，小齿轮比大齿轮的噪声更大，增加齿轮宽度也可以加大齿轮的承载力。小齿距可以保证尽可能多的轮齿同时接触，可以降低传动噪音，提高传动精度，压力角较小可以使得齿轮运转的噪音减小、精度变大。在进行齿轮的设计和制造时，应该对齿轮误差进行重视，包括齿距误差、齿向误差等，这些误差的消除可以提高齿轮的精度，保证减速机运转的效率。装配不同心时会导致轴系运转不平衡，高精度齿轮如果出现不平衡现象那么对齿轮运转的精度有很大的影响。对于减速机的有效性也会造成破坏。齿面硬度也是影响减速机齿轮运转有效性的重要因素，齿面硬度低会使得减速机的齿轮运转失效。
二、减速机齿轮的失效分析
齿轮的失效形式由多种因素综合造成，且随着齿轮材料、热处理、运转状况等因素的不同而不同，其失效的主要形式有：①齿面耗损，包括磨料磨损、腐蚀磨损、胶合等；②齿面疲劳，包括点蚀、初期点蚀、剥落、表层压碎等；③齿面塑性变形，包括压痕、轮齿锤击塑变、呈波纹折皱等；④轮齿折断及裂纹等。
引起齿轮的失效的因素有许多种，可以从以下几个方面来分析：
设计因素：设计品质对产品的品质有着决定性的作用。某雷达产品的天线俯仰机构中，小齿轮与轴通过键联结，由电机带动与大齿轮啮合，从而完成丝杆的伸缩运动。由于设计时小齿轮键槽开在齿根方向，齿根部强度薄弱，在受到短时过载的冲载荷作用时，轮齿承受的应力超过其极限应力，从而导致轮齿过载折断。找出原因后，经过重新设计计算，用轴齿轮代替原来的小齿轮，取消键联结方式，保证了齿根部的结构强度要求。
材质因素：齿轮的材料应根据其用途及工作条件来选择：速度较高的齿轮传动，齿面易产生点蚀，应选用高硬度材料；有冲击载荷的齿轮传动，轮齿易折断，应选用韧性较好的材料；低速重载的齿轮传动，轮齿既易折断又易磨损，应选用机械强度大，经热处理后齿面硬度高的材料。
制造工艺因素：在齿轮加工过程中，由于机床、刀具、夹具和齿坯在制造、安装和调整时不可避免地存在一些误差，从而形成了齿轮的运动误差、平稳性误差和齿面误差，使齿轮的传动精确度降低。一对齿轮在相互滚碾冲击作用下，接触应力过高，传动啮合不良，易造成齿面塑性变形。根据齿轮材料，制定合理的加工、淬火等工艺规程，并严格控制工艺过程，可以有效地避免淬火裂纹及磨削裂纹的出现。
装配调试因素：由于安装装配误差，在机器长时间运作过程中，也会引起齿轮失效。如两齿轮装配中心距过大时，会造成齿顶部接触，使传动精度下降或产生冲击；中心距过小时，会造成齿根部接触，在运动中产生干涉现象；在安装过程中，电机轴和小齿轮的轴线之间的同轴度误差，小齿轮轴线和大齿轮轴线之间的平行度误差超出误差范围时，齿侧间隙和齿顶间隙在全齿宽上下不相等，重合度变小等，都对轮齿的正确啮合产生影响，在运行中产生冲击和振动。若未及时发现进行调整，将会造成齿轮副振动，引发小齿轮断齿。
运转维修因素：机器在使用过程中，若出现过载运转、操作失误、维修保养不善等因素，都会使失效的机率提高，增加了事故的可能性。另外，在齿轮传动中，润滑条件的保证也是一项重要因素。润滑条件包括：润滑剂选择是否合适、润滑方法、冷却加热、过滤系统是否合理可靠等方面。
三、齿轮失效的形式及解决措施
作为机械运转的重要设备，齿轮是减速机的关键部件，整个传统系统或者机械部件都会受到齿轮的影响，一旦其发生传动失效就会导致机械设备难以正常运转，导致生产无法顺利进行，为企业带来严重的损失。为此，应当加强齿轮运转控制。
3.1齿面磨损无法传动
减速机运转过程中不可避免的会存在齿面磨损问题，其中主要包括齿面烧伤、擦伤、腐蚀、磨粒磨损、粘着磨损。润滑是造成黏着磨损的主要原因，如果润滑油层厚度相当且均匀那么就会减小金属之间的接触，从而降低黏着磨损。如果在减速机低速、重载、极端温度的情况下运转那么润滑油层可能会发生损坏，导致无法发挥润滑作用，金属出现部分接触，产生摩擦力，轮齿面是常见黏着磨损的区域。此时可以通过将齿面硬度提高、将齿面粗糙度降低或者改善油粘度的方式将磨损降低。如果使用的润滑剂存在杂质会严重影响其润滑作用，还会增加金属的接触面，导致金属出现磨粒磨损，齿轮出现一定的损伤，最终导致传动失效。如果齿轮的对中好，擦伤不是由于池面上鼓励的微凸体造成的，那么整个齿轮的磨损会扩展到大部分区域。腐蚀磨损是指润滑剂中的一些物质与齿面的金属发生化学反应，造成金属腐蚀。
3.2齿面点蚀与齿面胶合
减速机齿轮传动接触面的接触应力变化情况呈现脉动循环形式，基础面的金属疲劳在经过一定时间段后会出现裂纹，当这种病害扩散后就会造成金属出现磨损剥落等情况，为了避免出现此类点蚀问题，可以将齿面硬度提高，将齿轮表面粗糙度降低。如果齿轮运转速度较高且承受的荷载较大或者出现润滑失效那么很容易摩擦生热导致部分区域出现温度过高的情况，甚至出现胶连的问题，可以通过合理选取不同钢种齿轮、不同型号齿轮或者改善润滑油质量来提高齿面光洁度，降低该现象的出现。
3.3齿轮断齿造成失效
在机械工程中，齿轮断齿失效是最为严重的问题，断齿的形式不同，包括折断、疲劳折断、随机折断等形式。齿轮如果承载过大的荷载容易造成齿轮根部出现断口的问题，造成过载折断，通常过载折断断口粗糙且平直。齿轮长期运转导致根部产生疲劳裂纹最终造成折断的为疲劳折断，疲劳折断的断口常见形式包括最终断口面和疲劳断口面。在齿轮发生疲劳断齿后期区域内形状正常。齿轮根部常见断口形式还有随机折断，随机折断有时也会在其他部位出现。为了避免出现齿轮断齿问题，可以将齿根圆角半径增加，将该部位刀痕消除，从而避免应力集中在齿根部位。还可以通过将轴和支撑物刚度增加的方式将局部受力程度减轻，从而减轻齿根压力。此外，提高齿面承载能力的方式还包括喷丸、碾压等冷作处理方式。
结语
在轧机机组中，减速机发挥了至关重要的作用，而减速机的最为关键的部件之一就是齿轮，一旦齿轮发生损害那么整个系统或者机械部件都可能无法正产运转。在减速机齿轮传统失效中，我们应当充分分析齿轮传统啮合特性，对造成齿轮出现损坏的原因进行分析，并且提出相应的解决办法。
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