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齿轮磨损失效形式的研究及改进
发布时间：2013-10-11 08:44 来源：未知
齿轮传动因其具有传动平稳、传动比恒定、结构紧凑、能承受较大载衙等优点，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∮2700×3600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∮2700x 3600型球磨机传动系统如图1所示，该传动系统采用半开式单边传动。
由图l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：
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，富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
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。
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，实际啮合点的轨迹足一条曲线。
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日。
关于磨损现象的本质问题，人们曾经提出过很多理论p，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：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。
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。
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�；岣阶旁诔菝嫔�，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—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，形成千摩擦引起磨损。
(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，也增加了啮合齿面闻的相对滑动距离，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。
3、改进方案及措施
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萤，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hE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Ø2700×3600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。
