齿轮失效分析研究
科学实践
齿轮失效分析研究
陶烨
)(安徽博微长安电子有限公司
摘要:系统地分析齿轮失效的各种因素,结合故障树,以轮齿折
断为例,找出故障的原因,对设备管理、现场分析及设计方案不完善
而引起的故障分析有很大的意义。
关键词:齿轮失效故障树故障分析
1概述
圆柱齿轮传动由于具有传动比精确、结构紧凑、效率高及寿命长的优点,被广泛应用于各种工业部门,因而圆柱齿轮传动也成为各类机械中重要的零件之一。然而齿轮的失效却是造成机器故障的重要因素之一,会直接影响到整个机器的工作状态。
2齿轮的失效分析
且随着齿轮材齿轮的失效形式由多种因素综合造成,
料、热处理、运转状况等因素的不同而不同,其失效的主要形式有:①齿面耗损,包括磨料磨损、腐蚀磨损、胶合等;②齿面疲劳,包括点蚀、初期点蚀、剥落、表层压碎等;③齿面塑性变形,包括压痕、轮齿锤击塑变、呈波纹折皱等;④轮齿折断及裂纹等。
引起齿轮的失效的因素有许多种,可以从以下几个方面来分析:
设计因素:设计品质对产品的品质有着决定性的作用。某雷达产品的天线俯仰机构中,小齿轮与轴通过键联结,由电机带动与大齿轮啮合,从而完成丝杆的伸缩运动。由于设计时小齿轮键槽开在齿根方向,齿根部强度薄弱,在受到短时过载的冲载荷作用时,轮齿承受的应力超过其极限应力,从而导致轮齿过载折断。找出原因后,经过重新设计计算,用轴齿轮代替原来的小齿轮,取消键联结方式,保证了齿根部的结构强度要求。
材质因素:齿轮的材料应根据其用途及工作条件来选择:速度较高的齿轮传动,齿面易产生点蚀,应选用高硬度材料;有冲击载荷的齿轮传动,轮齿易折断,应选用韧性较好的材料;低速重载的齿轮传动,轮齿既易折断又易磨损,应选用机械强度大,经热处理后齿面硬度高的材料。
制造工艺因素:在齿轮加工过程中,由于机床、刀具、夹具和齿坯在制造、安装和调整时不可避免地存在一些误差,从而形成了齿轮的运动误差、平稳性误差和齿面误差,使齿轮的传动精确度降低。一对齿轮在相互滚碾冲击作用下,接触应力过高,传动啮合不良,易造成齿面塑性变形。根据齿轮材料,制定合理的加工、淬火等工艺规程,并严格控制工艺过程,可以有效地避免淬火裂纹及磨削裂纹的出现。
装配调试因素:由于安装装配误差,在机器长时间运作过程中,也会引起齿轮失效。如两齿轮装配中心距过大时,会造成齿顶部接触,使传动精度下降或产生冲击;中心距过小时,会造成齿根部接触,在运动中产生干涉现象;在安装过程中,电机轴和小齿轮的轴线之间的同轴度误差,
小齿轮轴线和大齿轮轴线之间的平行度误差超出误差范围时,齿侧间隙和齿顶间隙在全齿宽上下不相等,重合度变小等,都对轮齿的正确啮合产生影响,在运行中产生冲击和振动。若未及时发现进行调整,将会造成齿轮副振动,引发小齿轮断齿。
运转维修因素:机器在使用过程中,若出现过载运转、操作失误、维修保养不善等因素,都会使失效的机率提高,增加了事故的可能性。另外,在齿轮传动中,润滑条件的保证也是一项重要因素。润滑条件包括:润滑剂选择是否合适、润滑方法、冷却加热、过滤系统是否合理可靠等方面。
3齿轮异常的分析方法
分一旦齿轮出现了异常的情况,应该如何正确判断,
析产生的原因呢?以轮齿的折断为例,可以从下面的故障树进行分析,确定主要因素,逐步分析。
是是
否
是是
否
是
是是
否
通过以上分析,可以找出导致轮齿折断的原因,对设
备管理、现场分析及设计方案不完善而引起的故障分析有很大的意义。
4结束语
用故障树分析法能有效地找到故障在实际的生产中,
发生的原因,采取合理的措施,对设计的改善、降低维修费用、防止突发性事故意义重大。
参考文献:
[1]徐灝,蔡春源,严隽琪,等.机械设计手册.2版[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]郑焕文.机械制造工艺学[M].高等教育出版社,1994.
[3]周明康.对齿轮失效的因果分析[J].机械制造与自动化,2008(2):59-60.
作者简介:陶烨(1970-),江苏启东人,工程师,主要从事雷达工
程结构设计。
)(上接第309页
[2]唐小行,陈国平.提升机主轴承磨损状态分析与故障诊断[J].[3]张新城.采煤机润滑磨损监测及故障诊断[J].煤矿机械,2011煤矿机械,2005(08).(07).
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