分析齿轮常见失效及其维修

徐增 赵胜强

【摘 要】齿轮是机械设备中不可缺少的原件，在机械设备运行的过程中，齿轮常常会出现失效的现象。笔者通过本文对齿轮失效的原因进行了分析，并根据不同的原因提出了该如何对齿轮进行维修，降低齿轮失效发生的概率，增加企业效益。

【关键词】机械设备；齿轮；失效；维修

0.引言

齿轮是在机械设备中一种变速传动部件，机械设备不可缺少的部件。齿轮在运转过程中会出现失效现象，造成设备不能正常运行。在现代的机械设备中，齿轮的作用越来越大，据不完全统计，齿轮失效占各种机械故障的60%以上。因此，为了保证机械设备的正常运行，我们要对齿轮的失效原因进行分析，找到正确的维修办法，保证机器的正常运行。

1.齿轮失效的原因

1.1齿轮折断

轮齿折断的方式有三种，他们分别是过载折断、疲劳折断和随机折断，一般情况下直齿轮轮齿的折断是全齿轮折断，而斜齿轮和锥齿轮轮齿的折断则是局部折断。

1.1.1由于过载而折断

一般在齿轮折断的时候，会在他的折断面出现放射状或类似人字的放射区，一般放射区的方向与断裂的方向大致平行，放射中心即贝壳纹疲的断口。齿轮的过载折断主要是齿轮在短时间内承受的压力超过其本身所承受的的最大压力，超过一定的强度，造成齿轮的折断。发生过载折断的原因还有很多，比如说齿轮精度过低、齿面过于粗糙、材质有缺陷等。

1.1.2由于疲劳而折断

疲劳折断有自己独特的特点，其断口区可分为断裂源区、疲劳扩展区和瞬时折断区，轮齿疲劳的折断主要是由于一个齿轮承受多次重复的压力，尤其是受到弯曲的压力的时候，使得齿轮根部发生变形，超过了其承受的压力，造成齿轮的疲劳折断。随着压力的不断增加，在齿轮断裂出的裂纹也会随之增大，在一定的程度下，会造成瞬时的折断。

1.1.3随机性折断

齿轮轮齿的随机折断与齿轮的疲劳折断有一定的相似性，但是随机折断的断裂处的断口出与疲劳折断有着不同，它的截面存在过高残余应力的位置，轮齿的随机折断的原因一般不是受力作用产生的，而是由于轮齿材料的缺陷，点蚀以及剥落或其他应力在截面处产生的巨大压力，一次造成齿轮的随机折断。因此，在生产齿轮的过程时候应该采用良好的材料，首先保证齿轮的质量，生产之后，也要对齿轮进行随机的检查，这样做的目的能够进一步保证齿轮的质量。

1.2齿面的损坏

齿轮的齿面也会发生损坏，其损坏的形式包括齿面疲劳、胶合、磨损、塑性变形等。

1.2.1齿面疲劳

齿面疲劳是由于在齿轮的齿面上存在大量的剪应力，因此在大量应力的作用下会使得齿面产生一定的裂纹，随着压力的不断增加，会在断裂面继续断裂，造成齿轮的齿面损伤，由于齿轮的齿面本身状况以及材质的不同，齿面的疲劳损坏也会不同，每一种齿轮都有自己的特点。

1.2.2胶合

胶合是指两个不同的齿轮在一定的压力下会产生黏着的现象，随着齿轮不断的转动，会使得黏着现象越来越严重。交合的方式也有很多种，根据其不同的特点可以分为轻微胶合、中等胶合、破坏性胶合及局部胶合四种类型。

1.2.3磨损

磨损主要是在齿轮相互转动的时候，齿轮之间的相互摩擦，会造成齿轮表面造成由于摩擦而带来的损耗。磨损根据摩擦程度的不同可分为轻微磨损、中等磨损、过度磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损。

1.2.4塑性变形

在齿轮正常的工作时，由于在摩擦力的作用下，齿轮面的压力过大，会使得齿轮出现一定的塑形变形，根据压力的不同以及塑形变形的程度和形状，塑性变形可分为碾击塑变、鳞皱、起脊、压痕，齿体塑变五种形式。

1.3其他一些原因

造成齿轮损失的原因好多，除了上述的两种失效方式外，由于材料缺陷，工艺不适以及意外事故等原因，齿轮也会由于损伤而造成其失效。在生产齿轮的时候由于生产工艺的不同，生产者技术的不同，都会造成齿轮在后期运转中的影响。目前通过遥控闭锁装置技术来解决齿轮操作过程中的产生的损坏，并且取得了明显的进步。

2.齿轮的维修方法

2.1调整换位法

调整换位法是变换磨损与为磨损的方位，然后利用没有磨损的齿面继续进行工作，这种方法只适用于单向转动的齿轮，单向齿轮单面磨损后能够使得转动机进行修复。

当齿轮受单向力的情况下，并且齿面是单面磨损能够运用调整换位法；调整换位法是最经济的一种方法，其修复方式是实现齿轮（或齿圈）的180°翻转。其他齿轮，例如圆锥齿轮或具有正反转的齿轮，一般不能采用此方法。

2.2变位切削法

变位切削法对受到磨损的一对齿轮进行切削，对大齿轮进行负位修整，从而去掉被磨损的部位，同是还需要一对新的小齿轮，这对小齿轮需要和大齿轮进行相配，才能够修复齿轮的性能。

此方法的适用受到一些条件的限制，比如适用于大传动比、大模数的齿轮传动的机械设备的齿轮，因为其齿轮超限而造成齿轮失效，其修复方法同上述描述的方法一样，就是是对大齿轮进行负变位切削，这样能够减少材料的损耗，同时减少修复的时间。

2.3堆焊修复法

堆焊修复法是通过对齿轮损坏的部位进行堆焊，进而填补其磨损的部位，在通过一些修复方法对齿轮进行加工来恢复其性能。齿轮堆焊一般步骤是：（1）焊前退火（2）焊前清洗（3）施焊（4）焊缝检查（5）焊后机械加工与热处理（6）精加工（7）检查修整。

2.4金属涂敷法

金属涂敷法是将金属粉末以及混合金属粉末涂敷到受损的齿轮齿面上，然后通过加热等工序的处理，这样能够使齿轮恢复到原来的尺寸，性能也能恢复。该法适用于各种齿轮的修复。随着科学技术的发展，金属涂敷发的技术不断进步，随着涂敷技术的发展，其修复的性能也越来越高。

2.5镶齿修复法

此方法主要适用于传动精度要求较高，并且受载不大的齿轮单个齿折断。如果齿轮的一些齿连续破坏，那么可以通过此方法进行解决。必要的时候，可以通过可镶、焊、铆等方法制作新的齿轮来替换所有轮齿。一般在实际的工程中，大多数的齿轮维修通过镶齿的方法进行维修，这样即方便又经济。

2.6真空扩散焊修法

真空扩散焊是利用表面的原子，在高温和显著的塑形变形的条件下来结合被磨损的齿面，使得齿面百年的紧密牢固。扩散焊接的最大特点是，它所使用的零件具有能够承载静载和交变负载下的高强度，所以基本不会受韩洁丽的影响而产生变形。

3.结语

本文通过对齿轮失效常见的原因进行了分析，提出了一些齿轮维修的方法。齿轮是机械设备的核心部件，它的运行效率以及设计水平关系到整个机械设备的正常运转。因此，要不断的研究齿轮的工作原理，保证齿轮的正常运转，才能保证企业的效益。

【参考文献】

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[2]裴文艳.齿轮失效形式及应对措施[J].工程机械与维修，2010（2）.