机械传动齿轮失效原因及其控制措施

张杰

摘要：机械传动齿轮在运行过程中不能很好地工作的原因有很多，如长期运行造成齿轮磨损、齿轮胶合问题、齿轮表面塑性变形、齿轮轮齿断裂或齿轮表面疲劳点蚀等。要有效消除这些问题，需要进一步加强加工工艺，从而提高齿轮质量，使齿轮具有较高的抗变形能力。同时，优化润滑油技术，确保与齿轮功能一致，使齿轮处于良好的运转状态。

关键词：机械传动;齿轮失效;原因及控制;措施

引言

由于条件不同，齿轮传动过程中产生的故障形式也会不同。一般来说，如果齿轮传动过程中出现故障，就意味着齿轮轮齿失效。齿轮断齿的形式有很多种，其中齿轮断齿比较常见，还有一些其他形式，如工作面磨损、点蚀、胶合和塑性变形等。以下为简要介绍，其他齿轮齿失效形式可参考相关标准。对于齿轮的其他零件，如辐条、齿圈和轮毂，不仅需要严格控制齿轮的质量，还需要从经验的角度进行设计。规定的尺寸可以满足强度和刚度，在实践中几乎不会发生失效。

1齿轮传动的优点及缺点

齿轮传动在现代设备中广泛应用，在经济发展中发挥着巨大的作用。因此，了解齿轮传动的问题和缺陷并分析其原因对于设计合理的结构和找到预防措施非常重要。齿轮传动主要有以下优点：①传动比恒定;②传输比大;③传输功率范围大，负载能力强;④传输效率高，使用寿命长;⑤结构紧凑，占地面积小;⑥维护方便等。同时，齿轮传动还存在以下缺陷：①传动过程中存在振动、冲击和噪声，产生动态载荷;②防止过载;③齿轮加工制造过程中制造工艺复杂（特别是某些定制的特殊齿轮），对机床刀具和加工检测仪器要求高，成本高。齿轮传动中遇到的问题与齿轮的优缺点相关，需要充分利用齿轮传动中的优点和缺点。

2机械传动齿轮失效的主要问题

2.1机械传动齿轮的强化处理存在不足

从当前机械传动齿轮的制备和应用情况来看，部分齿轮的生产者缺乏对齿轮承载能力的有效研究，未能按照机械设备的实际使用需求进行施工寿命的分析判断，无法充分明确齿轮芯部的强度状况，难以通过剪切强度的分析更好地满足齿轮处理技术的应用需要。部分机械传动齿轮在处理失效问题控制措施的过程中，对于深层淬火问题的关注程度较低，缺乏对齿轮强化处理技术不同应用成效的有效分析，导致硬化层深度的控制技术无法得到有效改良，难以为齿轮装置参与拉应力的控制提供必要支持。部分齿轮装置强化处理技术的应用缺乏对拉应力过渡区设置有效性的关注，尤其对于齿轮装置表面的碳含量情况分析考察不够充分，无法在碳含量的范围特征得到充分明确的情况下，更好地满足齿轮强度控制的具体需要。一些机械传动齿轮的强化处理技术缺乏对强度跨度特征的有效掌握，尤其对于共渗工艺的应用有效性分析不够全面，无法在氮元素的渗入量得到合理控制的情况下，凭借更加科学的手段实现齿轮强度的优化处理。

2.2传动结构设计不合理

日常接触最多的齿轮传动结构是用齿轮箱传动，在重工机械中，很多时候用的齿轮尺寸很大，市场上也没有相应的齿轮箱。设计时完全依据设计师的工作经验和想法。设计时两个齿轮轴的没有固定在一个箱体上，这样在传动时齿轮产生的振动和冲击会放大，增加传动的不稳定性。这个问题在实际应用中已经得到了体现。在设计时，尽量避免两个齿轮轴的固定座不稳定的情况。

3齿轮失效优化对策

3.1改进加工工艺

齿轮件加工期间需要使用渗碳猝火技术，但使用此技术会改变高性能合金钢内部微观结构，将晶格形状由面心立方形，改变为体心立方形，增大了体积与齿轮表面的拉应力。齿轮表面受到拉应力与外荷载时，会出现裂纹，在磨削加工与渗碳猝火处理后，改变内部微观结构，齿轮件材料内部会产生大量残余应力。在交变应力与内应力的双重作用下，齿轮表面出现裂纹，长时间后残余应力逐渐释放，裂纹逐步扩散，严重影响了齿轮件的稳定性。喷丸技术需要使用数量极多且粒径较小的钢丸，通过喷丸设备直接喷射至材料表面，产生冲击荷载，在材料表面形成塑性变形，保证热处理材料后可以充分释放内部残余应力，使得表面可以形成微小凹坑，转变材料表面的拉应力，改变为压应力。同时，在齿根部采用喷丸技术，还可以保证热处理期间氧化物比例的合理性，提高齿面接触强度与齿轮弯曲强度。因此，应将喷丸技术合理应用至刮板运输机减速器圆柱齿轮中与圆锥齿轮中，包括下料、锻造、正火、机加工、渗碳猝火、低温回火、齿根喷丸强化以及磨削加工等各个流程。工艺使用期间应合理控制温度，保证加工工艺的冷热交换，提高齿轮的承载能力。

3.2建立齿轮传动系统模型分析

随着飞行汽车概念和技术的发展，齿轮传动系统成为限制其服役性能和可靠性的重要瓶颈之一。为此，建立了考虑强度退化与失效相关的飞行汽车齿轮传动系统动态可靠性分析模型。计算了齿轮传动系统在飞行载荷谱作用下齿轮的接触应力与弯曲应力，并通过Goodman准则转换对称循环应力，作为可靠性模型的应力输入变量;基于非线性疲劳累积损伤理论，建立了齿轮强度退化模型，作为可靠性模型的强度输入变量。得到以下结论：（1）该飞行汽车齿轮传动系统服役过程中，系统中各齿轮可靠度从大到小依次排序为：齿圈R、锥齿轮B2、锥齿轮B4、锥齿轮B1、锥齿轮B3、太阳轮S、行星轮P、惰轮I。由于输入行星齿轮级行星轮P与惰轮I所承受接触应力、弯曲应力较大，且其转速相比其他齿轮较快，导致其可靠度下降最快，不符合等强度设计原则，是结构改进与优化的重要环节。（2）在该飞行汽车齿轮传动系统中，各子系统内部齿轮失效相关性沿着功率传递方向逐渐增强。由于飞行汽车齿轮传动系统中各部件失效的耦合作用，对系统可靠性具有明显的削弱作用。考虑失效相关的3000h服役寿命后系统可靠度为84.01%，与不考虑失效相关的情况相比，可靠度降低了5.42%。

3.3提高齿轮材料选择的合理性

从加工工艺指标分析的角度出发，对当前的齿轮材料选择水平进行评估，结合齿轮装置的强度需要，制定材料选择相关工作的科学化方案。对低碳合金钢所具备的突出应用优势进行总结，从齿轮装置的承载力和冲击力应对角度出发，制定齿轮材料的选择方案，使材料选择的基础条件可以得到充分改进。加强对钢材之中镍元素构成情况的分析，尤其要对载荷波动等主体信息进行作用考察，结合齿轮装置模数特点制定材料选择创新方案，为钢材的科学化选取提供必要支持。加强对钢材淬透性的重视，并结合钢材的耐磨需求，进行齿轮制备钢材性能分析，并借此保证钢材的芯部具备足够的硬度。齿轮材质的选择还必须将抗变形效果作为主要因素进行研究，使特殊钢材在齿轮制备方面的突出价值可以得到有效认定，为齿轮性能各方面影响因素的精准识别提供帮助，从而实现对齿轮选材方案的创新，为齿轮性能的改进提供有利保障。

结束语

本文分析研究了齿轮在齿轮传动实际应用中的失效条件，并给出了齿轮传动失效和失效的减少方法。分析齿轮传动的优缺点，控制现场设计、加工检验和各种使用环境等因素，减少齿轮传动缺陷的影响，改进齿轮传动机构，希望有一定的。

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