齒輪輪齒損傷的術語、特征和原因
UDC 62.833 : 001.4
GB 3481-83
本標準為鋼、鑄鐵和銅合金齒輪的一般損傷型式提供統一的術語。本標準各詞條對損傷的特征和原因的敘述,是為了說明各術語的含義和鑒別損傷的類型。
本標準不作為齒輪是否失效的判據。附錄A 中所列的有關損傷的對策,只是一般性的指導準則,因為某一齒輪特定損傷型式的判別和對策需要有專門的經驗和分析研究,故不屬于本標準范圍。
對于其他材質和某些特殊的齒輪,其輪齒的損傷型式,可大致地參用本標準的相關內容。
1 磨損wear
磨損是在嚙合傳動過程中,輪齒接觸表面上的材料摩擦損耗的現象。
1.1 輕微磨損Polishing
輕微磨損是一種相當緩慢的磨損現象。接觸表面上的微凸休逐漸磨平,直到出現非常光滑的表面為止。
圖l 輕微磨損
機車齒輪,m=12mm ,材料20CrMnTi ,滲碳淬火HRC58~62 ,工作8000 小時后齒面如鏡面樣光亮平滑。
通常,輪齒由于接觸表面的粗糙度與潤滑油粘度、齒面工作速度、工作載荷之間不相匹配,造成彈性流體潤滑油膜厚度不夠,導致齒面微凸體峰部被剪切掉或某種塑性變形,使工作齒面微凸體逐漸磨平,粗糙度逐漸變小。
1.2 中等磨損Moderate Wear
中等磨損是一種比較常見的磨損現象,它可存在于齒輪傳動的整個設計壽命期內.中等磨損的齒輪,節(jié)線上下齒面上的材料都有一定移失、離相對措動速度為零的竹線愈遠,磨損量愈大.在此節(jié)線位置上,逐漸呈現出一條近于連續(xù)的線。
圖2 中等磨損
機車齒輪,m=10mm,材料20CrMnTi,滲碳淬火HRC58~62,工作7000 小時以上,齒面上節(jié)線附近可見一條明顯的連續(xù)線,上齒面有輕微的磨痕。
由于工作速度、載荷、溫度、潤滑劑性能等方面的限制,齒輪常在邊界潤滑或接近邊界潤滑的狀態(tài)下工作;潤滑系統中少量的污染雜質,都可能引起中等磨損。
1.3 過度磨損Exce : sive Wear
工作齒面材料大量磨掉,齒廓形狀破壞,磨損率很高,齒輪將達不到其設計壽命.節(jié)線附近有時伴隨點蝕,常導致嚴重噪聲和系統振動,最終使齒輪不能正常工作。
圖3 過度磨損
磨礦機齒輪m=24mm,工作齒面嚴重磨損,出現明顯的臺階,齒厚減薄,齒廓遭到破壞。
潤滑系統和密封裝置不良,油膜建立不起來,系統有嚴重振動、沖擊載荷等都能導致齒面過度磨損。
1.4磨紋磨損Abrasive Wear
輪齒接觸表面上沿滑動方向常有較均勻的條痕,這種多次摩擦產生的條痕一般具有重疊的特征。
圖4 磨粒磨損
平爐傾動裝里開式齒條m = 65mm,由于護渣顆粒落入嚙合齒面,導致齒面呈現均勻的條痕。
圖5 磨粒磨損
礦山電鏟行走機構減速器齒輪m=24mm ,因潤滑油中的磨料導致齒面呈現勻布的條痕。
落在工作齒面間的外部顆粒,起著磨粒作用,引起磨粒磨損。磨?梢允驱X輪和軸承等零件因損傷產生的顆粒、焊接飛濺物、氧化皮、銹蝕物、型砂和其他類似的金屬和非金屬物。這種磨損常由于新齒輪裝置跑合后未予清洗以及其他原因使?jié)櫥捅晃廴径斐。對于開式傳動,磨粒磨損更為嚴重。
1.5 腐蝕磨損Corrosive Wear
這是一種以化學腐蝕作用為主、并伴有機械磨損的輪齒損傷型式.齒面上呈現均勻分布的腐蝕麻坑,工作齒面沿滑動方向并伴有磨蝕痕跡。
圖6 腐蝕磨損
齒輪表面普誼呈現明顯的化學腐蝕麻點,工作齒面腐蝕后磨損,齒形改變。
進入潤滑劑中的活性成分和輪齒材料發(fā)生化學和電化學反應,引起齒面腐蝕.由于摩擦或沖刷作用而使蝕斑被磨失或沖掉,形成腐蝕磨損.在高溫時,極壓添加劑會形成非;顫姷母g劑而侵蝕齒面.工藝過程中殘留于齒面上的不利介質也會引起腐蝕磨損。
1.6 膠合Scoring
膠合是相嚙合齒面的金屬,在一定壓力下直接接觸發(fā)生粘著,同時隨著齒面的相對運動,使金屬從齒面上撕落而引起的一種嚴重粘著磨損現象。根據一定工作條件下粘著概念的內涵特征不同,膠合可有熱應合與冷膠合之分。熱膠合通常是由于嚙合處局部過熱導致兩接觸齒面金屬融焊而粘著,而冷碎合娜暈由于嚙合處局部壓力很高、且速度低而使兩接觸表面間表面膜被刺破而粘著。齒面產生熱膠合的部位常呈現過熱特征(回火色),而冷膠合常在齒面上局部發(fā)生。
1.6.1 輕徽膠合Slightscoring
輕微膠合常呈現為在靠近齒頂或靠近齒根的齒面上沿滑動方向極輕微而細密的傷痕(一條暗帶),有時要借助子顯微鏡才能見到其粘著痕跡。
圖7 輕微膠合
高速齒輪們m=3.7mm,滲碳淬火HRC> 62,齒面頂部呈現輕微膠合的暗帶。
這種損傷可能是由子在運轉初期相嚙合齒面的潤滑條件與工作情況不甚協調,但材質條件較好而造成的,它也可能是由于輕微干涉而引起的。
6.2 中等膠合Moderate Scoring
這種損傷表現為輪齒的齒頂部、齒根部,為明顯。這種膠合的條紋較細較淺。
圖8 中等膠合
齒頂部呈現細而淺的膠合條紋。
齒輪嚙合處的局部過高溫度而使?jié)櫥湍て屏咽钱a生這種損傷的主要條件。
1.6.3 破壞性膠合Destructive scoring
沿滑動方向呈現明顯的粘撕溝痕.整個齒面尤其是齒頂部有明顯的材料移失跡象,相對滑動速度為零的工作節(jié)線明顯,齒廓幾乎完全毀壞,振動噪聲增大,齒輪很快失效。
圖9 破壞性膠合
機床齒輪m=5mm,材料20Cr ,滲碳淬火HRC58~62 ,因嚴重缺油造成齒面破壞性膠合,齒頂部膠合溝痕更為明顯。
圖10 破壞性膠合
珠光體球墨鑄鐵齒輪,m=5mm,因嚴重過載造成齒面破壞性膠合,工作齒面材料嚴重移失,節(jié)線明顯可見。
這種損傷是由于潤滑不充分,工作溫度過高、齒面接觸應力或速度過高等原因引起的過熱所造成。
1.6.4 局部膠合Localized Scoring
在形貌上它與中等膠合有相似之處,但僅發(fā)生于相接觸齒面的局部區(qū)域上,并不沿相接觸的全部齒面延伸、擴展。
圖11 局部膠合
航空高速齒輪m=3mm,材料12CrZNi4A ,表面滲碳HRC > 62 ,在齒頂部中部局部區(qū)域發(fā)生膠合。
圖12 局部膠合
航空高速齒輪m= 3mm,材料12CrZN過A,表面滲碳淬火HRC>62,在齒面膠合區(qū)域上疊加有明顯的局部膠合傷痕。
通常局部膠合是由于載荷集中造成的。載荷集中可能是設計不當引起的,也可能是制造誤差、安裝誤差、外載荷引起的偏斜或齒面不均勻冷卻形成的。在鼓形齒中,當鼓形量過大時,在凸起部分上也會形成載荷集中而引起局部膠合。齒輪熱膨脹不均勻也會形成凸起效應而導致載荷集中,尤其齒寬較大時,齒輪的中部比兩端溫升高、熱膨脹量大,這種毛病易于出現。
2 齒面疲勞Surface Fatigue
齒面疲勞是由表面或次表面的疲勞裂紋擴展而成的一種齒面損傷,它取決于相嚙合齒面的接觸應力和應力循環(huán)次數。
齒面疲勞裂紋常呈現為不規(guī)則的細線狀。疲勞裂紋擴展的結果,使齒面金屬脫落而形成凹坑。這些凹坑的大小,視材料性能、載荷大小等因素而定。這些凹坑,有的不再擴展,有的則不斷擴展而連成一片。
2.1 點蝕Pitting
它是一種齒面呈麻點狀的齒面疲勞損傷。
2.1.1 早期點蝕Initial Pitting
出現的麻點一般較小、數目不多,常發(fā)生在局部過高應力區(qū)。齒面跑合后,接觸應力趨向均勻,麻點不再繼續(xù)擴展。如果早期點蝕的點蝕坑面積在工作齒面上占的比例過大,就會發(fā)展成為破壞性點蝕。
圖13 早期點蝕
船舶齒輪m=5mm,材料40Cr硬度HB255~280,輪齒工作齒面節(jié)線附近呈現較細小的麻點。
圖14 早期點蝕
試臉齒輪m=5mm,材料45號鋼調質,運轉不久齒面出現少量麻點,直至循環(huán)次數大于107,麻點也未擴大。
通常早期點蝕是由于相嚙合的齒面貼合不良造成局部過載而引起的。齒形誤差、齒面凹凸不平或軸姆歪斜等都能導致這種損傷。
2.1.2 破壞性點蝕 Destructive Pitting
這種點蝕的麻點,常比早期點蝕的大而深,一般首先出現在靠近節(jié)線的齒根表面上,并且不斷擴費,最后導致輪齒失效。通常破壞性點蝕是由于齒面上過高的應力引起的,隨著應力循環(huán)次數的增多,敘點蝕不斷擴展,從而導致運轉不良和噪聲增大。
圖15 破壞性點蝕
軋鋼機齒輪m=16mm,材料40Cr ,節(jié)線附近齒面點蝕麻坑擴展,幾乎達整個齒寬。
2.2 剝落Spalliog
剝落是指齒面上的材料成片剝離的一種輪齒損傷.剝落坑的形狀不規(guī)則,一般較為淺平,而且比點蟲坑大些。
這種損傷通常都是在過高的接觸應力反復作用下,疲勞裂紋發(fā)展到一定程度后齒面材料碎裂而形成的。
剝落可以在點蝕坑的邊緣碎裂擴大連接而成,這種情況一般在中硬材料的輪齒上最為常見。
表面硬化處理的輪齒,由于材料缺陷、熱處理毛病、磨削過熱以及載荷過大等原因使齒表層或次表層的應力超過該處材料的極限應力,裂紋就在表層或次表層內產生。然后裂紋在表層內或沿著齒表層軟硬過渡區(qū)延伸和擴展,齒面金屬被壓碎呈片狀剝落而形成剝落坑,這種剝落損傷通常也稱表層壓碎。
圖16 剝落
軋鋼機人字齒輪mn=33mm,材料4oCr,硬度HB 217~255,齒面大塊剝落是由點蝕坑碎裂擴展而成。
圖17 剝落
鋁鐵青銅蝸輪m=20mm,呈現大面積剝落。
圖18 剝落
汽車齒輪m=9.879mm,材料20MnVB,滲碳淬火表面硬度HRC56~62,由于載荷過大造成齒表面金屬壓碎剝落。
圖19 剝落
本圖為圖18 齒輪輪齒的金相試樣局部放大,約3.5 倍。
圖20剝落
汽車齒輪m=9.879mm,材料20MnVB,滲碳淬火表面硬度HRC56~62,硬化層過渡區(qū)的裂紋擴展到齒面造成齒面材料大片脫落。
圖21 剝落
本圖為圖20 齒輪輪齒的局部放大,約3.5倍,由圖可見過渡區(qū)裂紋的擴展情況。
3 塑性變形Plastlc Deformation
在過大的應力作用下,輪齒材料因屈服產生塑性流動而形成齒面或齒體的塑性變形.它一般多發(fā)生于硬度低的齒輪上:但在重載作用下,硬度高的齒輪上也常發(fā)生。
3.1 碾擊塑變Cold Flow
在相互滾碾和沖擊作用下,表面及次表面材料出現明顯的金屬流動。在齒頂棱和齒端面上出現飛邊;有時齒頂被嚴重滾圓,接觸齒面被壓陷;有的在主動輪的輪齒上沿相對滑動速度為零的節(jié)線被碾出溝槽,而在從動輪的輪齒上被擠出脊棱。
輪齒材料硬度過低,接觸應力過高,齒輪傳動嚙合不良,動載荷太大以及潤滑不良等都會引起碾擊塑變。
圖22 碾擊塑變
礦山用電鏟開式齒輪m=22mm ,在重載和沖擊作用下,齒面呈現明顯的塑性變形,齒頂和端部出現飛邊,齒面節(jié)線附近出現一條凹溝,齒形明顯改變。
3.2 鱗皺Rippling
這是一種呈魚鱗狀皺紋的齒面塑性變形,這種皺紋垂直于滑動速度方向。它一般發(fā)生在硬齒面上,但在較軟的齒面上有時也能發(fā)生。輕度的鱗皺,只要不任其發(fā)展,對齒輪傳動沒有明顯的影響。但嚴重的鱗皺會使齒廓破壞,并引起其他型式的嚴重損傷。
圖23 鱗皺
齒面呈現魚鱗狀塑性變形皺紋。
鱗皺通常是在齒輪運轉過程中,由于潤滑不良及高壓力的作用下,工作齒面間產生“爬行”(粘附滑動現象)的結果。它往往與低速(或中速)條件下油膜厚度不足、振動等因素有關。雖然發(fā)生鱗皺的某些條件與發(fā)生磨損相類似,但它是一種齒面塑性流動。
3.3起脊Ridging
它主要是由于表面或次表面材料的塑性流動和齒面間的摩擦,使整個工作齒面上,沿滑動方向形成明顯的脊校。這種輪齒損傷常出現在孟載的蝸桿傳動和準雙曲線齒輪傳動中。
起脊是由于高的接觸應力、低的滑動速度和齒面間潤滑不良,使表面或次表面的材料沿滑動方向發(fā)生塑性流動而產生的。
圖24 起脊
汽車后橋表面硬化準雙曲線小齒輪m=5.439mm,沿滑動方向有明顯的塑性變形脊棱。
3.4 壓痕Indenting
通常,在齒面上壓出的凹痕較為淺平,但嚴重的壓痕常伴有局部的輪齒變形,甚至使正常嚙合遭到破壞。
外界異物或從輪齒上掉下的金屬碎片進入嚙合,是造成壓痕的直接因素。
圖25 壓痕
機車齒輪m=5mm ,材料40Cr ,因嚙合齒面間落入異物造成壓痕。
圖26 壓痕
剪切機齒輪m=8mm,因異物落入嚙合區(qū),造成輪齒嚴重塑性擠壓變形。
3.5齒體塑變Tooth Plastic Flow
一個(或多個)齒的齒體或其部分發(fā)生塑性變形。輪齒呈現歪扭,齒形劇變。硬齒面輪齒還常伴有變色現象。
通常由于潤滑失常所造成的劇烈溫升,使齒輪材料的屈服強度降低而引起輪齒熱塑變形。對于強度低的塑性材料,在過大的載荷作用下,輪齒可發(fā)生冷塑變形。
圖27 齒體塑變
軋鋼機工作輥道圓錐齒輪,m=20mm,45號鋼調質處理,由于過載或載荷集中造成齒體嚴重冷塑變形。
4 輪齒折斷Breakage
輪齒折斷是指齒輪一個或多個齒的整體或其局部的斷裂。它通常是由于輪齒的交變應力超過了材料的疲勞極限所造成。有時,也可能由短時過載所造成。
4.1 疲勞折斷Fatigue Breakage
疲勞折斷是指起源于齒根處的疲勞裂紋不斷擴展所造成的斷齒。這種疲勞裂紋常發(fā)生在齒根圓角半徑方向,呈細線狀。疲勞折斷的斷口一般分為疲勞擴展區(qū)和瞬時折斷區(qū)。疲勞擴展區(qū)的表面通常較光滑,常可觀察到由疲勞源開始的“貝殼紋”狀的疲勞擴展跡線。疲勞源及其附近區(qū)域,在外觀上常呈“眼”狀,但有的“眼”在宏觀上不明顯。瞬時折斷區(qū)的表面粗糙,參差不齊。
疲勞斷齒的根本原因是:輪齒在過高的交變應力多次作用下,從齒根疲勞源起始的疲勞裂紋不斷擴展,使輪齒剩余截面上的應力超過其極限應力.傳動系統中的動載荷輪齒接觸不良、齒根圓角半徑過小和齒根表面粗糙度過高、滾切時的拉傷、材料中的夾雜物、熱處理產生的微裂紋磨削燒傷及其他有害殘余應力等因素,都會促成輪齒疲勞折斷。
圖28 疲勞裂紋
齒根圓角部分呈現疲勞裂紋。
圖29 疲勞折斷
破碎機小錐齒輪m= 30mm ,材料40Cr 調質硬度HB233 ,輪齒斷口呈現明顯的貝紋狀疲勞裂紋擴展區(qū)和表面粗糙不平的瞬時折斷區(qū)。
圖30 疲勞折斷
軋機齒輪m=16mm,材料35SiMn2MoV,中頻淬火HRC>45,輪齒斷口可見明顯的疲勞源和疲勞裂紋擴展的跡線。
4.2 過載折斷Overload Breakage
過載折斷通常是由于短時意外的嚴重過載所造成的,其斷口一般較粗糙,沒有疲勞折斷斷口的典型特征。
圖31 過載折斷
起重機齒輪m=8mm,45號鋼調質,由于突然過載造成多個輪齒從根部彎斷。
過載折斷主要是由于輪齒的應力超過其極限應力所造成的。載荷的嚴重集中、動載荷過大、軸承損壞、傳動件失效以及有較大硬質異物進入嚙合處等,均能引起過載折斷。
4.3 隨機斷裂Random Fracture
隨機斷裂是指不與齒根圓角截面有關的疲勞斷齒,它可以由缺陷或過高的有害殘余應力位置而發(fā)。其斷口與一般疲勞折斷的斷口相似。
隨機斷裂通常是由于輪齒缺陷、點蝕或其他應力集中源在該處形成過高局部應力集中引起的。夾雜物、微細磨削裂紋等輪齒的缺陷在交變應力作用下不斷擴展導致齒的斷裂。不適當的熱外理所形成的過高有害殘余應力能引起齒的局部斷裂。較大的異物進入嚙合處也會使局部輪齒產生低周疲勞折斷。
圖32 隨機斷裂
貝氏體球墨鑄鐵齒輪,m=5mm,硬度HRC43,由于齒面缺陷造成隨機斷裂。
圖33 隨機斷裂
采煤機雙聯齒輪m=10mm,材料30CrMnTi滲碳淬火HRC58~62,由于熱處理缺陷造成過渡層裂紋導致隨機斷裂。
圖34 隨機斷裂
本圖是圖33 輪齒損傷的斷面圖。
5其他損傷Associated Gear Failure
6.1 輪坯缺陷Blank Deficiencies
輪坯缺陷是指齒輪輪齒部位在毛坯階段就已存在的缺陷,主要是:氣孔、砂眼、夾雜物和裂紋等。它們通常在局部出現,有時可貫穿幾個齒,也可達到較深部位。
圖35鑄造缺陷
鑄造錫磷青銅蝸輪ms=8mm,由于嚴重組織疏松而報廢。
圖36 鑄造缺陷
球墨鑄鐵齒輪m=5mm,由于組織琉松引起斷齒。
輪坯材料的冶、鑄、鍛、焊等工藝過程不當或控制不嚴,往往導致夾渣或非金屬夾雜物混入輪坯、出現氣孔、砂眼或產生裂紋等。后者也可能由于材料不均勻所引起。
5.2 淬火裂紋Quenching Cracks
淬火裂紋是指齒輪在淬火時產生的裂紋。淬火裂紋多數呈發(fā)絲狀,有時能自行擴展。裂紋有的沿齒根圓角半徑方向,有的在齒的兩個端面,也有的穿越齒頂或在齒端面的表面硬化層與芯部交界處,較大裂紋的初始部位常有銹蝕或氧化的痕跡。
淬火裂紋是由于淬火過程中產生的過大內應力造成的。齒端面上的裂紋通常是由于硬化層與芯部交界處的相變不協調所引起的。
圖37 淬火裂紋
航空齒輪m=3mm,材料12CrZNi4,滲碳淬火HRC58~62,齒根沿徑向產生淬火裂紋。
5.3 磨削裂紋Grindiog Cracks
磨削裂紋是磨削過程中在齒面上產生的網狀裂紋或互相平行的短裂紋。磨削裂紋一般很淺,往往肉眼不易發(fā)現而需用磁粉探傷或其他專門方法來檢測。有時,磨削裂紋是潛在的,并且在閑置若干時間或加載工作后才顯示出來。
圖38 磨削裂紋
航空齒輪m=3mm,滲碳淬火后磨削,因磨削工藝不當造成齒面條狀磨削裂紋(磁化后照像)。
圖39 磨削裂紋
采煤機齒輪m=12mm,材料30CrMnTi,淬火滲碳HRC58~62,因熱處理工藝不當,經瑪格磨齒機磨齒后,磁粉探傷顯示出網狀裂紋。
磨削裂紋主要是由于磨削過程中的過熱引起的,也可能是熱處理不當引起的。過熱可能是磨削工藝參數選擇不正確、砂輪不合格或選用不當、冷卻措施不適當等引起.某些輪齒材料,對磨削過熱敏感,更易產生磨削裂紋。
5.4 電蝕Electric Current Damage
電蝕齒面呈現大量均勻分布的微小坑點。這些坑點形貌光滑,有熔融狀放電痕跡,坑點邊緣有退火色。電蝕常發(fā)生于多個齒面,甚至全部輪齒上。
圖40 電蝕
發(fā)電機組勵磁機減速裝置人字齒輪,因檢修時漏裝絕緣墊片,造成嚴重電蝕。
圖41 電蝕
本圖是圖40中的人字齒輪局部放大,齒面到處可見大量均勻分布的電蝕斑點。
當電流通過輕微接觸或快速離合的嚙合齒面向接地零電位流動時,齒面間產生很高的電位差造成火花放電,使齒面電蝕.引起電蝕的電流可來自電器設備:如電動機、電磁離合器等。這種雜散(漏)電流也可能來自帶傳動或其他與傳動有關零件的靜電電流。有時,附近的電器設備(如電焊機)通過齒輪裝里不適當地接地,也會造成電蝕。
5.5 干涉損傷Failure by Interference
這種損傷是由齒廓嚙合干涉造成的。其特征是齒頂部、尤其是齒根部有明顯的金屬移動痕跡。齒根部挖出溝槽,齒頂部被滾圓。通常,干涉損傷可引起齒面磨損、塑性變形、膠合,甚至導致輪齒折斷。
圖42 干涉損傷
采煤機齒輪m=14mm,材料30CrMnTi,滲碳淬火,由于嚙合干涉造成齒根部有明顯的干涉條紋帶。
嚙合參數設計不合理、加工齒形誤差過大、安裝中心距過小、工作中熱變形過大等,都可造成輪齒不正常嚙合而引起干涉損傷。相嚙合的輪齒頂部和根部載荷過大或嚙合過緊,有可能使?jié)櫥湍なВ斐升X頂、齒根部金屬急劇移動,導致整個齒面損傷。
5.6 輪緣和輻板損傷Rlm and web Failure
輪緣裂紋通常發(fā)生在兩相鄰齒之間的齒根部。輻板裂紋有的是輪緣裂紋沿徑向擴展而成,有時輻板內也產生裂紋但不一定擴展到輪緣。
圖43 輪緣損傷
由齒根發(fā)生的疲勞裂紋,沿徑向擴展貫穿輪緣。
圖44 輻板損傷
輻板呈現貫穿裂紋。
輪緣的斷裂,通常是輪齒疲勞裂紋發(fā)展的結果。齒輪某部分的殘余應力過高,會形成井促使裂紋擴展。輻板損傷可因輻板強度不足、應力集中或振動等因素而引起。
附錄A
有關損傷的對策
(參考件)
相應于本標準文本中損傷術語的編號,各種基本損傷型式的對策分別敘述如下:
A.1.1 輕微磨損的對策
除了齒輪裝置的設計壽命比在輕微磨損基礎上確定的磨損壽命大得多之外,輕微磨損一般不需避免。輕微磨損可得到良好的貼合齒面。
在齒輪輕微磨損過程中,應適時更換潤滑劑或采取其他措施,以得到較合適的油膜厚度。
A.1.2 中等磨損的對策
改善潤滑條件,增加油膜厚度:提高潤滑油粘度,降低油溫,加入適當的添加劑,改善潤滑方式,如果工作速度和載荷可變,則可提高工作速度、減小載荷。至于潤滑系統中的污染雜質,可增設過濾裝置或換油來排除。
A.1.3 過度磨損的對策
采用合適的密封型式和潤滑裝置(如采用過濾裝置)、改善潤滑方式、加強維護。提高潤滑油粘度、改善潤滑玲卻裝置,如果可能,也可提高工作速度、減輕載荷(特別是振動載荷)。上述措施如不奏效,則可改進設計,如改變齒輪幾何參數、材質、精度、齒面粗糙度等。
A.1.4 磨粒磨損的對策
對于采用飛濺潤滑的閉式傳動,可以及時換掉臟油、清洗有關零件,如采用循環(huán)潤滑系統,則宜采用過濾裝置。對運轉初期跑合過程中產生的磨粒磨損,更應特別注意清洗整個系統、適時換油。對于由于較細物料造成的磨粒磨損,則可考慮采用較高粘度的潤滑油以減輕之。對于開式傳動,特別應注意采取適當的防護措施,選用合適的潤滑劑以減輕這種損傷。
A.1.5 腐蝕磨損的對策
在選用極壓添加劑時,應考慮到它對齒面腐蝕的影響。添加劑成分和含量應掌握適當.加入添加劑后,應經常檢查,發(fā)現腐蝕現象應立即換油、調整添加劑以使腐蝕磨損減少到最低程度。為防止?jié)櫥捅煌饨绲乃、酸和其他含有有害的物質所污染,齒輪裝里應有良好的密封。在加工、檢驗過程中,若與腐蝕性介質接觸時,應建立合理的工藝規(guī)程,以使腐蝕減少到最低限度。
A.1.6.1 輕微膠合的對策
控制起動過程中的載荷和保證良好的潤滑條件,可避免產生輕微膠合。如由輕微干涉引起的損傷,則應及時排除產生干涉的起因。
A.1.6.2 中等膠合的對策
降低供油溫度以降低齒輪整體溫度,換用有極壓添加劑的潤滑油,在接觸齒面涂敷固體潤滑劑,利用珩磨加工降低表面粗糙度等,均可有利于造成良好的潤滑條件,達到防止膠合的目的。在可能的條件下,適當降低載荷和速度,也可減輕或避免這種損傷。
A.1.6.3 破壞性膠合的對策
必須保證齒輪傳動在一定載荷、速度、溫度等條件下,始終具有良好的潤滑。采用極壓添加劑以及特殊高粘度的合成齒輪油,可防止這種損傷。含抗膠合添加劑的合成油,也能防止在較高溫度下工作的齒輪的膠合。
A.1.6.4 局部膠合的對策
可通過消除局部載荷集中來避免發(fā)生局部膠合。齒輪箱體軸孔中心線的形位公差和齒輪齒向誤差應選得適當。高速齒輪應注意使沿嚙合區(qū)寬度散熱均勻,冷卻油量和供油部位要適當。鼓形齒的鼓形量也不能選得太過大。
A.2.1.1 早期點蝕的對策
輪齒表面光滑和從運轉一開始載荷就沿齒寬分布良好,可避免產生這種點蝕.提高齒形精度、采用齒廓修形以減小動載荷的辦法,在一定程度上可控制產生點蝕。精心跑合,也可改善輪齒的貼合情況,從而減輕早期點蝕。
A.2.1.2 破壞性點蝕的對策
保持接觸應力低子輪齒材料的疲勞極限,破壞性點蝕就可避免。提高材料的硬度,可提高材料的疲勞極限.有時僅提高主動件的硬度,也能制止這種點蝕。提高潤滑油的粘度以及采用適宜的添加劑,對防止齒面點蝕都有明顯的效果。
A.2.2 剝落的對策
使齒面的接觸應力降低到材料的疲勞極限以下,可避免這種損傷。
對齒輪材料進行硬化處理可提高其抗剝落的能力。通常,在點蝕坑基礎上或表面裂紋、缺陷發(fā)展而成的剝落的出現,說明齒面承載能力不足,因此往往需要對齒輪進行重新設計。
對另一種剝落― 表層壓碎,防止這種剝落的最有效的辦法是適當增加輪齒硬化層的有效深度,同時適當增加輪齒芯部材料的硬度;這可以通過改換材料或改變熱處理工藝等措施來達到。至于存在過大的有害殘余應力,則應修改設計。此外,減少載荷集中也是有利的。
A.3.1 碾擊塑變的對策
減小接觸應力和增加接觸表面及次表面材料的硬度,可以消除這種損傷。提高齒距精度和減小齒形誤差會改善輪齒工作情況,并降低動載荷;采用極壓添加劑和高粘度的潤滑油以改善齒輪的潤滑情況、降低摩擦力。保證安裝精度,控制齒向誤差,以避免載荷集中,也是一般常采取的措施。
A.3.2 鱗皺的對策
增加齒面硬度、減少接觸應力、改善潤滑狀況,都可防止鱗皺的發(fā)生。采用極壓添加劑和高粘度的潤滑油、提高速度、控制齒輪的振動等辦法,都可改善潤滑狀況。
A.3.3 起脊的對策
降低接觸應力、增加材料的硬度和采用帶極壓添加劑的粘度較大的潤滑油能夠防止起脊發(fā)生。在沒有循環(huán)潤滑系統的傳動中,經常更換潤滑油并保證潤滑劑中沒有外來的雜質,也是有益的。
A.3.4 壓痕的對策
防止外界異物掉進齒輪傳動裝置中,尤其在檢修時更應注意。及時清理傳動裝置,排除金屬碎片等外界異物。輕度的壓痕,經修整齒形后,仍可便用。
A.3.5 齒體塑變的對策
對于循環(huán)潤滑的齒輪裝置,要注意防止?jié)櫥到y給油不足和中斷。對于油池潤滑的齒輪裝里,要注意油面位置。提高潤滑油的粘度,有時可獲得一定效果。對于冷塑變形的齒輪,主要要提高齒輪材料的屈服極限。
A.4.1 疲勞折斷的對策
修改齒輪的幾何參數、降低齒根表面粗糙度、對齒根進行正確的噴丸處理、增大齒根圓角半徑、對齒根圓角區(qū)進行調整以降低齒根危險截面的彎曲疲勞應力、對材料進行適當的熱處理以獲得較好的金相組織以及盡可能降低有害的殘余應力等措施均有助于防止疲勞折斷。
A.4.2 過載折斷的對策
從設計上防止這種損壞是比較困難的,因為這種損壞經常是一些意外的因素所造成。注意避免意外的嚴重過載以及在傳動系統中設置安全裝置,如安全聯軸器等,可有助于防止過載折斷。
A.4.3 隨機斷裂的對策
在設計時,選擇合理的參數和結構;消除產生過高局部應力集中或過高有害殘余應力的條件;確保材料的品質;嚴格控制加工工藝過程防止產生各種缺陷和防止硬性異物進入嚙合。
A.5.1 輪坯缺陷的對策
采用合理的冶、鑄、鍛、焊工藝;建立適當的輪坯檢驗制度,及時剔除不合格的輪坯。
A.5.2 淬火裂紋的對策
根據齒輪材料和對其要求制訂合理的淬火工藝規(guī)程,并嚴格控制工藝過程。如淬火速度不應過高或過低等。齒輪的各部尺寸與結構適應淬火工藝要求。應保證工藝設備工作正常。
A.5.3磨削裂紋的對策
選擇適當的磨削工藝,控制進給盤和磨削速度,加強冷卻措施,選用不易磨裂的材質和合適的熱處理工藝。
A.5.4 電蝕的對策
有關電設備或可能通過漏電流的齒輪裝置應嚴格絕緣。適當地放置接地線。
A.5.6 干涉損傷的對策
應在設計和加工過程中,從輪齒幾何形狀,切削刀具以及制造安裝等方面加以避免。選擇適當的潤滑油和冷卻措施也是有效的。
A.5.6 輪緣和輻板損傷的對策
輪緣、輻板的尺寸均應滿足強度要求。局部應力集中因素,如切削刀痕、磨削裂紋、輪緣和輻板過渡處的尖銳圓角等,應設法減少或消除。必要時,應采取有效的減振、防振措施。
附加說明:
本標準由機械工業(yè)部提出,由機械工業(yè)部鄭州機械研究所歸口。
本標準由東北工學院和北京鋼鐵學院負責起草。
本標準主要起草人東北工學院何德芳、劉茵、蔡春源、鄂中凱;北京鋼鐵學院傅德明、談嘉禎、朱孝祿、范垂本。