减速机齿轮失效原因分析

减速机齿轮失效原因分析

王剑飞

大唐山西发电有限公司太原第二热电厂  山西太原   030041

摘要：随着技术的不断发展，减速机的传动性能不断提高，其寿命和维修保养也日益突出。齿轮是机械设备的重要组成部分，在机械行业中占有很大的比重。某些连续运行的设备，例如电力工业设备，因齿轮失效而导致的停机事故，将对整个社会产生重大的影响。通常，当一个齿轮运转一段时间后，就会出现各种不同的失效，比如；断齿，表面疲劳，磨耗等。因此，对齿轮的故障和维修进行分析是非常必要的，通过分析齿轮的故障类型和失效机制，可以使其从事后修理；由常规维护向预防性维护过渡，降低了检查费用，防止了安全事故的发生。

关键词：减速机；齿轮失效；原因分析

1齿轮失效模式与故障机理分析

1.1断齿

齿轮断裂的类型很多，通常可分为疲劳断裂和超载断裂两类。在疲劳断裂时，在正常工作条件下，齿轮在接触载荷作用下，在齿根处产生了应力集中，并产生了裂纹。齿根裂纹随使用时间的延长而不断发展，并在长期的疲劳应力作用下产生断裂。在超负荷断齿中，齿根处因受冲击载荷作用而产生的局部应力集中和开裂，齿根强度低的轮齿所受的负荷超过了其所能承载的极限，因而引起了齿的断裂。

1.2疲劳断齿

这是减速机齿面上最普遍的一种形式，它对生产效率和安全性都有很大的影响。齿轮作为减速器的重要组成部分，对减速器的寿命和性能的发挥有着重要的作用。普通减速机的内部构造复杂，需要各方面的专业技术，通过对其工作原理和内部机构的分析，得出了直齿传动采用的是交流电；在运转时，由于电流的作用，通常会沿着齿长的方向从齿根断裂，若齿宽将从齿端断裂，在较大的载荷下，极易发生倾斜断裂；它直接关系到交流电力的传输效率，也关系到整个电力系统的稳定和安全。从断层的形态来看，总体上是一个向下凹陷的阶梯。机械内部元件中最关键的部分是控制系统，DCS软件和硬件的失效常常导致刹车，在传递时，往往会产生不均匀的声音，长时间使用会导致齿轮一端齿的顶端断裂。疲劳断裂的根源在于：齿轮在承受极限的情况下，经常使用，超过了本身的承载能力，齿根处的弯曲应力超过了齿轮的耐久性极限；就会产生内部的疲劳，从而产生由机械震动造成的机械疲劳。

1.3磨损

齿轮的磨损主要是由于长时间的缺乏或润滑，加上外来物质的侵入而产生的润滑油污染。在轮齿表面磨损时，会导致轮齿变薄，齿间间隙增大，长时间运转会增加齿轮的振动；轮齿越来越细，产生了断齿。磨损根据工作条件和环境条件的不同，可以划分为磨粒和腐蚀磨损：在低速、高负荷下，润滑油粘度低或供油不足时，油膜易破裂，产生粘着磨损；当外部环境中的微粒杂质进入到润滑油中，就会对润滑油产生污染，而在齿轮的连续啮合过程中，会产生磨耗；齿轮在高酸、高碱和强腐蚀性的环境中长时间工作，会使其轮齿受到腐蚀和磨损。

1.4静力断齿

在机电设备的实际操作中，由于机械设备的部件或机械结构等超出规定的电流，由于齿轮负载在瞬间增加，很可能导致模拟信号失灵；造成了严重的超载损害。相对于疲劳断裂，静力断裂对减速器的寿命和性能的影响要大得多。因为生产工艺通常在极端严酷的条件下进行，如果减速器在运转时会刮到顶部的石头或硬物，而减速器自身的重力又很大，那么截煤机很可能会卡在液压支架的金属梁上，使其不能正常工作；它能使整个传动系统承受很大的冲击和动力转矩，此时它的转矩可以是电机的7-8倍，在如此大的负荷下，齿轮很快就会断裂。静力断牙与疲劳断牙不同，其断裂表面多为阶梯状或曲线状。

1.5偏载断齿

偏载断裂的原因较为复杂，但大多数断裂故障是由于负载不能在接触线上平均分配，从而导致了主、副保护的误动作。减速器运转时，车架、车轴刚度愈低，偏负荷愈严重，且机箱内会装有温度表；它的内部温度是可视的，可以很容易地观察到机器的工作状态，如果发现它的温度过高或过低，就表示在运转中有可能发生了故障。特别是由于齿轮在两个轴间的偏移，由于载荷的变形和装配误差，使载荷无法与整个啮合线的长度分布相适应。两个轴向的曲率会不同，最后会使齿轮产生变形，从而导致断裂。在矿山机械的控制系统中，偏载断齿是一种常见的故障，它会给机器带来严重的损伤，在两个轮齿之间存在着不均匀的分布，其中最大的是轮齿的右侧。由于齿端的齿根弯矩是不偏载荷状态下的4~6倍，如果机械装置出现偏载断齿，则会增大设备的失效概率。

2齿轮失效的形式及解决措施

2.1齿轮断齿造成失效

在减速机中，断齿是最常见的故障，它的故障类型有：超负荷断裂、疲劳断裂等；断裂处通常是非常平坦和粗糙的。疲劳断裂是指在长期高周期工况下，齿根处发生疲劳断裂，并导致断裂，断裂分为疲劳断裂和随机断裂，疲劳断裂区没有塑性变形；在齿轮的末端会出现疲劳断裂。随机断裂通常在齿根处发生，但在其它位置也有例外。为了降低齿根处的应力集中，增加齿根圆弧半径，消除该位置的切削刃痕，从而减小齿根处的应力集中；为了减少局部应力，也可以进行喷丸、碾压等冷加工，以改善齿面。

2.2齿面磨损无法传动

在减速机上，齿面磨损是不可避免的。粘合磨损指的是润滑，润滑油层是完整的，金属与金属的接触减少，不会产生磨损。在低速、重载、极端温度条件下，油膜有可能出现失效，此时，除节圆外，大多数齿轮表面都有磨损。该方法可以改善齿面硬度，降低齿面粗糙度，提高润滑油的粘度。磨料磨损和摩擦是指润滑液不洁净，含有杂质，或由于运转时金属与金属的摩擦，产生磨屑，从而造成减速齿轮的磨损，从而导致传动装置失效。若齿轮对中良好，摩擦不是由表面激励的微小凸起引起的，则整个齿轮的磨损将扩大。腐蚀磨损是由于某些润滑剂与齿表面的金属产生了化学反应而导致的。

2.3齿面点蚀与齿面胶合

在齿轮的驱动下，接触表面上的各个部位的接触应力出现了周期性的波动，随着时间的推移，接触面上的金属会出现裂纹，这种裂纹的扩散会导致金属的脱落，从而形成点蚀。为了避免上述现象，可以采取改善齿面硬度、减少齿面粗糙度等方法。齿轮在高速、重载、润滑等条件下，会导致齿轮表面产生局部高温，从而产生粘连，即粘合；为避免粘接，应改善齿面的硬度与光洁度，针对不同类型的齿轮，采用不同的钢种，合理选择润滑油，以减少齿轮的磨损。

2.4齿面塑性变形引起的失效

塑性变形包括碾压、锤击变形所产生的隆起和隆起，这是因为齿轮的材质比较柔软，导致了在摩擦方向上产生了金属的流动，在齿轮的工作环境中温度、湿度的变化也会导致齿面的塑性变形，所以可以选择高粘度的润滑油来预防塑性变形。

3.5齿轮的维护分析

通过对减速器齿轮状态的监控，初步分析了减速器的工作状况，并提出了维修计划。对监测指标正常的减速机，应清理其工作环境，并定时加油，并注意在润滑油中要避免有少量的金属碎片；维持工作环境；对检测指标不正常的减速齿轮，要拆开检查其损坏程度，不能及时更换的，要进行备件管理；如果出现严重的问题，必须马上进行替换。为了降低齿轮的磨损，应在润滑油中添加耐磨损物质，以吸收润滑油中的金属；降低摩擦。为了降低齿轮在过度疲劳时产生的断齿现象，应增加齿根直径，使其表面平滑，提高其抗折性。

结论

对齿轮的全面认识与探索，使我们对齿轮工作有了较深的认识，在进行齿轮传动故障分析时，应深入分析其原因；找出减速机齿轮传动故障的真实原因，以解决故障的相关问题，确保设备的高效运行，提高运行效率，推动工作的顺利进行。

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