机械变速箱的齿轮失效作用分析及改进

郑健

摘要：齿轮是机械变速箱的关键零部件，在维持设备持续运行能力发挥了十分关键的作用。以此开展了机械变速箱的齿轮失效作用分析及改进研究。针对齿轮运转摩擦失效、机械变速箱微震失效及齿轮冲蚀作用是失效3个方面的问题，提出更换齿轮原材料、使用化学药品、隔离剂等具有润滑作用的试剂镀层齿轮内部机体、调整软韧性材料运转角度等改进措施。提升齿轮在变速箱的持续运转能力。

关键词：机械变速箱;齿轮失效;作用分析;改进

0  引言

工业的发展在一定程度上促进了现代化工业设备的革新，尽管大规模使用机械设备可提高产品的生产效率，但在使用中会不可避免的出现机械设备故障抑制生产活动持续进行的现象发生，变速箱作为机械设备运行的关键零部件之一，在维持设备运行过程中起到了重要的作用。结合目前对于机械变速箱的研发，线路总成的可靠性是评估设备综合性质量的有效方法之一。齿轮转动是机械设备运行失效的主要模式，主要是指在设备运行过程中，由于设备齿轮运转受到外界因素的控制，导致整体机械设备功能发生损伤性失效[1]。机械变速箱在运行过程中会由于设备润滑能力较差、清洁不完全或变速箱安装阶段的操作不规范，造成设备齿轮磨损，进而导致齿轮失效。失效作用共分为齿轮粘着失效、齿轮擦伤失效或腐蚀性失效，无论任何一种失效作用均会对齿轮运转造成损伤、内部材料损耗。作用分析主要是指采用多种技术手段，检索机械设备出现失效的原因，并根据设备的实时运行情况，制定合理的故障改进措施，避免相同失效作用的反复出现，以此可证明分析机械设备变速箱的齿轮失效作用是提高设备运行质量的主要手段。为机械设备的广泛应用提供技术层面支持。

1  机械变速箱的齿轮失效作用分析

结合接卸变速箱在设备中的应用方式及实时运转情况，下述将从3个方面，开展机械变速箱齿轮失效作用的详细分析。分析机械变速箱内齿轮的磨损现状，由于齿轮运转中会与设备机体表层产生摩擦，发生滑动或滚动作用，滑动摩擦持续一段时间，设备内部会产生大量热量，降低润滑剂的润滑作用。此外，滑动摩擦会导致设备构成原材料受到损害，导致滑道上堆积部分材料颗粒，抑制齿轮转动[2]。齿轮在持续运转过程中，渣料颗粒嵌入设备表层，造成机体内部表层凸起，或锲入转入角（/迎角）内，对生产活动造成一定程度的影响。如图1所示。

根据图1中表述信息，随着齿轮迎角角度的增大，齿轮受到切削的截面面积逐步增大，呈现正向相关函数关系[3]。齿轮受到磨削失效作用影响相对平稳，及角a大于20时，处于失效可调节状态，经过多次齿轮磨粒实验，齿轮中粒度值或粒度尺寸大小同样会对齿轮失效造成影响，成为抑制变速箱持续运转的关键元素之一。

机械变速箱微震通常发生在机械设备紧配摩擦区间，包括齿轮中心轴与轴承孔洞连接误差，齿轮螺丝扣与设备机体连接过松或过紧，编织绳缠绕次数过多等，上述提出的措施产生的震动频率通常在30～500微米之间，此时状态下产生的微阵为造成齿轮与机体表面在较短时间内的大量反复接触。若变速箱安装原材料为铁、铜等金属，极易在微震状态下金属发生物理作用，例如，铁、铜金属的氧化，变速箱内壁随之产生一系列化学反应，并在微震状态下掉落金属残渣，掉落的残渣依附在变速箱内壁上，对设备齿轮运转造成不可逆的损害，严重状态下会造成变速箱管线断裂。

齿轮冲蚀作用是失效检测中极易被忽视的失效作用之一，主要是指齿轮在运转中由于空气中细微的化学物质或水汽带来的分子颗粒，冲刷变速箱机体，在表面形成一层新的保护镀层，尽管对机体化学反应造成一定的抑制作用，但会对齿轮运转中的形变造成影响。尤其固体离子当摩擦温度升高时，在空间中游离速度最高可达55～65m/s，在齿轮反复形变的过程中对其造成一定的冲击力，降低性便可持续能力。硬质材料受到固体离子超过600的冲击时，会基于其脆性物理性质导致齿轮严重受损，且温度与粒子运动速度两者呈现正相关关系，齿轮运转速度越快，产生摩擦力越大，管体内稳定持续升高，粒子运动速度提升，对齿轮造成的冲击力强度加大，造成机械变速箱的齿轮失效。

2  改进措施

根据上述开展的机械变速箱齿轮失效作用分析，明确了齿轮失效的主要原因，以此下述将从3个方面提出合理的改进策略。其一，按照机械设备标准流程安装变速箱齿轮，更换齿轮原材料，在提升齿轮形变能力的同时，提高机体的综合硬度。或在使用原始材料的基础上，引入第二材质材料，提升齿轮运转中自身的切削能力，在硬力程度较高的条件下，析出高质材料，或塑形硬化材料，提供齿轮可持续运转材料方面支持[4]。对于已经出现脆性情况的齿轮，可采用提升机体材料力度的方式，改善其脆性特点。增加机体内部的润滑程度，滴浇橄榄油、润滑油，防止生产碎渣或直径大于1微米的磨粒与机体内部表层之间接触。

其二，在齿轮安装初期，使用专业设备磨砂纸打磨齿轮与机体直接接触面，提高表层之间的平滑而航都，降低平面粒度值，进而降低微区震动幅度，减少掉落的碎渣，减小微震区域接触应力数值[5]。同时，使用化学药品、隔离剂等具有润滑作用的试剂，不但可避免金属长时间暴露在空气中氧化，同时可在齿轮内部形成一层新的机体保护镀膜，对齿轮运转起到隔离保护作用。由于齿轮微震失效是由于电化学对齿轮产生的化学腐蚀，因此，应配套齿轮螺丝与机体，加紧配套装置，降低微震产生的概率。此外，增设摩擦隔离层，包括在齿轮间隙中填充四氟乙烯化学填充剂，安装设备隔绝套或隔绝膜，配对材料与支持材料，避免由于金属性质不同造成失效影响。

其三，针对上述提出的齿轮冲蚀失效作用，首先应将软韧性材料运转角度调整至30°，提供齿轮冲击角缓冲区域，避免对齿轮的直接伤害，适当的调整冲击角角度值可有效的降低压力值。其次，降低齿轮内部表层粗糙程度，调整齿轮正确运转形状，避免微力区域过于集中导致齿轮运转故障。最后，镀层外部金属，调整齿轮轴向力作用，缩短齿轮中心轴间隙，降低由于齿轮形变带来的压力误差。

3  结束语

齿轮失效会直接影响机械设备的可持续运转，严重情況下威胁设备安全，造成较为严重的经济损失，以此本文开展了机械变速箱的齿轮失效作用分析及改进的研究。由于机械设备运转中可对齿轮造成影响的因素较多，因此，有关调研人员应不断加强及完善机械设备的更新，查找出现齿轮失效的详细原因，引入大数据技术，评估不同失效作用权重比值，设计专门数据库，用于存储齿轮失效数据，一经发生相似齿轮失效，可在最快时间内做出反应，提出改进策略，进而保障变速箱的持续运行。

参考文献：

[1]王荣.风能发电机组结构件的失效分析与预防（待续）第2讲齿轮的失效分析与预防[J].理化检验（物理分册），2019，55（10）：667-675.

[2]吴仕赋，任明辉，贾军风，陈亮.B_（10）150万公里变速器的齿轮失效分析与优化设计[J].机械设计与制造，2018（09）：228-231，235.

[3]靳红玲，陈雨，张军昌，侯俊才，陈军.虚实结合技术在汽车变速箱拆装实践中的应用研究[J].教育教学论坛，2019（39）：143-144.

[4]王聪，秦毅，张林涛.不同路面对配有AT自动变速箱的汽车的最低稳定车速的影响的研究[J].汽车实用技术，2018（02）：111-112，117.

[5]甄鹏厚，王月行，安海珍，董志磊，李华君.行车路试的工程机械液力传动油长寿命周期[J].中国工程机械学报，2018，16（05）：467-470.