圆柱齿轮减速机齿轮的失效分析与预防 [复制链接]

关键词：圆柱齿轮减速机；齿轮；失效分析

根据造纸车间圆柱齿轮减速机的故障统计，在圆柱齿轮减速机故障中，齿轮损坏所占的比例最大，达到60%；其次是轴承损坏，为19%。因此，减少齿轮损坏能达到降低圆柱齿轮减速机的故障，延长减速机的使用周期的目的。

齿轮在运转过程中，由于制造不良、操作安装或维护不善，会出现各种形式的故障。故障形式又因齿轮材料、热处理、运转状态等因素的不同而不同[1]，主要是齿面间承受着交变载荷，常造成断齿、齿面点蚀、剥落、胶合及磨损等失效形式。根据对造纸车间压榨辊、烘缸传动圆柱齿轮减速机抽样分析，减速机齿轮中各故障的比例是：断齿占41%，点蚀占31%，划痕占10%，磨损占10%，其他占8%。

1.1断齿

断齿是最常见的齿轮故障，轮齿的折断一般发生在齿根，因为齿根处的弯曲应力最大，而且是应力集中之源。断齿常见的有3种情况：

1.疲劳断齿。由于轮齿根部在载荷作用下所产生的弯曲应力为脉动循环交变应力，以及在齿根圆角、加工刀痕、材料缺陷等应力集中源的复合作用下，会产生疲劳裂纹。裂纹逐步蔓延扩展，最终导致轮齿发生疲劳断齿。

2.过载断齿。造纸车间压榨辊、烘缸传动所用圆柱齿轮减速机，其齿轮多由铸铁或高硬度合金钢等脆性材料制成，由于严重过载或受到冲击载荷作用，会使齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然断齿。

3.局部断齿。当存在齿面加工精度较低或齿轮安装质量较差时，沿齿面接触线会产生一端接触、另一端不接触的偏载现象。偏载使局部接触的轮齿齿根处应力明显增大，超过极限值而发生局部断齿，而局部断齿总是发生在轮齿的端部。

1.2齿面点蚀

齿面点蚀也是圆柱齿轮减速机齿轮常见的损坏形式之一，一般多出现在靠近节线的齿根表面上，发生的原因是齿面脉动循环接触应力超过了材料的极限应力。在齿面处的脉动循环变化的接触应力超过了材料的极限应力时，齿面上就会产生疲劳裂纹。裂纹在啮合时闭合而促使裂纹缝隙中的油压增高，从而又加速了裂纹的扩展。如此循环所产生的变化，最终使齿面表层金属一小块一小块地剥落下来而形成麻坑，即为齿面点蚀。

点蚀情况一般有两种：①初始点蚀（亦称为收敛性点蚀）。通常只发生在软齿面（HB＜）上，点蚀出现后，不再继续发展，甚至反而消失。原因是微凸起处逐渐变平，从而扩大了接触区，接触应力随之降低。②扩展性点蚀。发生在硬齿面（HB＞）上，点蚀出现后，因为齿面脆性大，凹坑的边缘不会被碾平，而是继续碎裂下去，直到齿面完全损坏。

1.3磨损

齿面的磨损是由于金属微粒、尘埃和沙粒等进入齿轮的工作表面所引起的。齿面不平、润滑不良等也是造成齿面磨损的原因；此外，联轴器不对中、联轴器磨损以及扭转共振等，会在齿轮啮合点引起较大的扭矩变化，或使冲击加大，将加速磨损。

齿轮磨损后，齿的厚度变薄，齿廓变形，侧隙变大，会造成齿轮动载荷增大，不仅使振动和噪音加大，而且很可能导致断齿。

1.4齿面胶合

齿面胶合（划痕）是由于啮合齿面在相对滑动时油膜破裂，齿面直接接触，在摩擦力和压力的作用下接触区产生瞬间高温，金属表面发生局部熔焊粘着并剥离的损伤。

齿面胶合往往发生在润滑油黏度过低、运行温度过高、齿面上单位面积载荷过大、相对滑动速度过高、接触面积过小、转速过低（油带不起来）等条件下。齿面发生胶合后，将加速齿面的磨损，使齿轮传动很快地趋于失效。

1.5轴承的失效及联轴器对中

联轴器的对中以及轴承的失效也是造成齿轮损坏故障的重要原因。当齿轮箱轴承出现故障时[2]，常会产生有规律的冲击，当动能较大，联轴器对中不良，轴承会出现严重故障，此时会加速齿轮的损坏，使齿轮及早失效。

造纸车间压榨辊、烘缸传动所用圆柱齿轮减速机，齿轮的失效既有设计制造原因，也有安装、使用、润滑，维护保养的原因。对于我们使用者，只有从安装、使用、润滑及维护保养的角度出发，采取合理的措施，才能有效减少齿轮的损坏。

2.1新技术在减速机使用中的运用

减速机的设计优化在不断发展，公司根据压榨辊、烘缸的工作状况，选用自带冷却系统的减速机，也使减速机的使用寿命不断延长。近年来在线监控诊断技术在运行设备中不断使用，包括简易诊断方法（也就是通过声音诊断法、振动诊断法以及冲击诊断法[3]）和精密诊断方法（也就是时域分析、频域分析和倒频谱分析等），可及时发现设备运行中的异常情况，同样圆柱齿轮减速机在使用在线监控技术时，通过对各种特征的技术分析，可及时发现温度、振动、噪声、运行曲线等方面的变化，迅速判断齿轮是处于正常的工作状态还是异常的工作状态，对于异常工作状态的齿轮采取相应的措施，能及时把出现的设备隐患消灭在萌芽状态，避免由于问题发现不及时而造成设备事故的发生。

2.2合理选型

不同的造纸机车速，要选用不同形式的圆柱齿轮减速机。一般情况下，硬齿面减速机的使用寿命相对较长，能选用硬齿面减速机的尽可能使用硬齿面减速机；此外，减速机的功率要合适，杜绝小马拉大车的现象。

2.3保证安装精度

安装圆柱齿轮减速机时，要保证各项安装精度，联轴器的对中精度要符合要求，齿轮和轴承的安装精度更要达到要求。

2.4有效润滑

有效的润滑能减少齿轮很多故障的发生。首先要保证良好的润滑，良好的润滑一般不会产生显著的磨损。对于低速传动宜采用黏度大的润滑油，而高速传动则应采用含有抗胶合添加剂的润滑油。定期更换润滑油，防止油脂变质造成齿面快速磨损。因此造纸车间根据压榨辊、烘缸速度的不同，以及冬夏环境温度的不同，选用合适的润滑油，可有效延长减速机齿轮的使用寿命。另外，减速机的润滑方式[4]对延长齿轮的寿命也具有非常大的作用，对高速重载荷的减速机，可采用强制润滑的方式，能保证齿面及轴承处于良好的润滑状态。

2.5保证减速机密封良好

密封良好的减速机，不但可以保证不会产生漏油现象，还能防止灰尘、水等异物进入到减速机内，避免油品污染失效出现齿面磨损现象。因此，我公司圆柱齿轮减速机，选用新型密封材料，无孔端盖从使用普通密封胶改为采用优质密封胶，有孔端盖处从使用普通单唇骨架橡胶油封改为采用双唇丁氰油封或多唇油封，有效避免了减速机油品的泄漏及异物进入减速机造成油品的污染问题，延长了齿轮及轴承的使用寿命。

2.6减速机的合理运行

圆柱齿轮减速机在使用时，要防止超速、超载运行现象，杜绝减速机的使用工况超过减速机的设计性能。减速机在启动时，要先爬行，后运行，避免快速启动时减速机齿轮受到猛烈撞击。现在我公司造纸车间烘缸传动减速机由直流电机启动逐步改为采用变频启动，大大提高了减速机的使用寿命。

圆柱齿轮减速机齿轮的损坏在减速机故障中占有绝大比例，其主要的失效形式就是点蚀、磨损、胶合、剥落及断齿，为了防止这些失效形式的发生，除设计制造因素外，我们要正确合理选用减速机，不断采用新技术、新工艺、新材料，对减速机进行正确的安装、维护、保养及润滑，才能减少故障的发生，延长减速机的使用周期，节约维修费用，保证设备的正常运行。

作者：河南银鸽实业投资股份有限公司郭伟