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1齒輪失效的具體原因分析

（1）初始設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致不能很好地實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。煤礦機(jī)械工作環(huán)境的特殊性，決定了煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)與其他傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)原則不同。如果在設(shè)計(jì)齒輪過(guò)程中，沒(méi)有考慮煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪工作環(huán)境的特殊性以及使用條件，仍然按照過(guò)去那種設(shè)計(jì)理念和方法去進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺乏針對(duì)性的相關(guān)研究與試驗(yàn)，那么就會(huì)造成設(shè)計(jì)的齒輪參數(shù)達(dá)不到技術(shù)要求，就不能與不同煤礦機(jī)械的實(shí)際工況和條件緊密結(jié)合，比如說(shuō)設(shè)計(jì)齒輪在選擇材料時(shí)輪齒材料硬度不夠，就很容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕，最后導(dǎo)致明顯的齒面損傷。

（2）在加工制造過(guò)程中，制造工藝如果存在缺陷，也會(huì)使齒輪質(zhì)量達(dá)不到相應(yīng)的技術(shù)要求，甚至出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量低劣。比如說(shuō)在鍛造齒輪過(guò)程中，不注意齒輪材料的一些缺陷，如氣孔和砂眼等，或者是齒輪模數(shù)不足，都會(huì)導(dǎo)致材質(zhì)性能下降，還有就是熱處理工藝質(zhì)量不過(guò)關(guān)，齒面硬度難以達(dá)到技術(shù)要求，淬火處理硬度不均以及加工精度偏低，這些都會(huì)影響齒輪的精度，直接影響齒輪的承載能力及使用壽命。

（3）在安裝使用的過(guò)程中，如果安裝不規(guī)范，就無(wú)法保證安裝精確度，造成安裝質(zhì)量不穩(wěn)定的情況發(fā)生，達(dá)不到齒輪安裝技術(shù)要求以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。齒輪在安裝過(guò)程中，要考慮多方面的因素，比如說(shuō)齒輪軸中心線的平行度、水平度、接觸面積以及輪齒嚙合間隙等，這都會(huì)影響齒輪的工作壽命。如果安裝以后，沒(méi)能經(jīng)過(guò)一定工作量的跑合過(guò)程，過(guò)早投入使用，會(huì)使齒輪提前達(dá)到疲勞強(qiáng)度，這就大大縮短了齒輪的使用壽命。還有如果安裝以后工作的過(guò)程中，不能及時(shí)地更換潤(rùn)滑油脂，或者油脂達(dá)不到技術(shù)要求，甚至因?yàn)椴唤?jīng)常檢查機(jī)械設(shè)備造成漏油、缺油的情況發(fā)生。還有就是不能定期清洗減速箱和齒輪，使減速器內(nèi)混入一些煤粉及其他雜物，或者是操作不規(guī)范，這些情況都會(huì)使機(jī)械超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，使齒輪超出其承載能力，縮短齒輪的使用壽命。

2提高齒輪質(zhì)量及使用壽命的途徑

（1）從設(shè)計(jì)上著手在不改變齒輪外形尺寸的前提下，如何提高齒輪的強(qiáng)度和壽命是一個(gè)亟待解決的重要問(wèn)題。煤礦機(jī)械由于其工作條件的特殊性，首先要從設(shè)計(jì)上入手，改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)要求，增大齒輪應(yīng)力極限強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度等，這就需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)一步突破科研技術(shù)的限制。一般情況下，優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有強(qiáng)度計(jì)算公式的修正、齒輪載荷的精確計(jì)算、優(yōu)化齒形結(jié)構(gòu)、合理選擇材料、提高表面光滑度、有效的潤(rùn)滑度以及合理的硬度和裝配要求等。比如說(shuō)在閉式齒輪傳動(dòng)中，通常要保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度，對(duì)于齒面硬度很高、齒芯強(qiáng)度低的齒輪或者是材質(zhì)較脆的齒輪，通常要優(yōu)先保證齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度。功率較大的傳動(dòng)，齒輪發(fā)熱量較大，易于導(dǎo)致潤(rùn)滑不良及輪齒的膠合損傷，為了控制溫度的過(guò)快升高，應(yīng)該進(jìn)行散熱能力的計(jì)算。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)齒輪，可以視具體需要適當(dāng)增加模數(shù)。表1列舉了幾種比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。

（2）材料的選擇方面由輪齒一般的失效形式可以知道，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)該保證齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合以及抗塑性形變的能力，而齒根必須要有高的疲勞強(qiáng)度，也就是說(shuō)要有較高的抗折斷能力。所以說(shuō)，對(duì)齒輪材料的基本要求就是齒輪的齒面要硬，而齒芯要有較好的韌性。一般而言，礦山機(jī)械設(shè)備的齒輪傳動(dòng)功率很大，工作速度較低，周圍環(huán)境中煤炭粉塵含量較高，根據(jù)這一具體使用環(huán)境，煤礦機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)齒輪往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料，當(dāng)然這也要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。比如說(shuō)用冶金質(zhì)量好的真空脫氣精煉鋼以及電渣重熔合金鋼來(lái)制造出的齒輪具有較高的純度和較好的致密度，塑性和韌性都非常好，含有的氮、氧及其他雜質(zhì)很少，這就有效減少了材料機(jī)械性能的各向異性，使齒輪接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度大大增加，使齒輪使用壽命增加。試驗(yàn)表明：用電渣重熔鋼制造的齒輪在過(guò)載區(qū)內(nèi)的壽命比普通電爐鋼制造的齒輪壽命平均提高6倍,而用精煉鋼則提高4倍。表1齒輪斷裂、點(diǎn)蝕、剝落影響因素表注:↗代表增加；↗↗代表明顯增加；↘代表下降；↘↘代表明顯下降。

（3）從加工工藝和熱處理方面入手提高齒輪加工精度以及表面硬度，還要注重表面的強(qiáng)化處理。為了減少齒輪在傳動(dòng)中的磨損現(xiàn)象，一般是降低齒輪的表面粗糙度和提高加工精度。在進(jìn)行齒輪加工時(shí)，每一步工序都應(yīng)該按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行操作，要分清粗滾、精滾工序的流程，先用滾刀進(jìn)行粗切，然后再用專用的滾刀進(jìn)行精加工，保持滾刀精度并用百分表來(lái)控制切齒深度，誤差控制在零位附近，確保加工精度。還有就是齒輪的表面粗糙度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通常情況下采用研磨、磨削以及拋光等工藝手段可以改善齒輪齒面的粗糙度，有利于增加齒輪的使用壽命。另外就是對(duì)齒面的修形、齒形修緣等，能減輕嚙合過(guò)程中偏載現(xiàn)象，提高齒輪承載能力。要提高齒輪的表面硬度，可以采用各種滲入工藝，比如可以采用滲碳淬火的熱處理工藝使齒面獲得較高的硬度，而齒芯仍然硬度較低，保持了良好的韌性，由齒輪表面到齒芯的硬度梯度要緩和，以適應(yīng)傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備的工作要求。經(jīng)過(guò)滲碳淬火或者磨齒后，尚需對(duì)齒輪做最后的強(qiáng)化處理，主要是采用噴丸強(qiáng)化的方式，噴丸強(qiáng)化表面的電拋光或者是振動(dòng)拋光可以去除一定的表面層厚度并降低表面粗糙度，有效地抵抗破壞性的沖擊，減少齒輪點(diǎn)蝕，增大耐久極限。任意尺寸的齒輪都可以采用噴丸強(qiáng)化處理的方式來(lái)增強(qiáng)齒輪齒根的抗彎曲疲勞性能，提高齒輪疲勞壽命，齒輪噴丸與不噴丸相比壽命可提高6倍。

（4）安裝齒輪要進(jìn)行正確的安裝運(yùn)行，才能提高使用壽命。經(jīng)過(guò)一定的試驗(yàn)表明，安裝齒輪時(shí)，正確調(diào)整齒輪兩軸間的平行度和垂直度，可以有效避免間隙過(guò)大、過(guò)小以及扭斜等問(wèn)題的產(chǎn)生，使齒輪的嚙合間隙合適，另外提高減速器齒輪副的安裝精度對(duì)提高齒輪的承載能力、減少磨損以及提高使用壽命有著很大的影響，不管是新安裝、檢修或者更換安裝，都應(yīng)該嚴(yán)格遵守安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。新齒輪在安裝使用時(shí)，首先要進(jìn)行充分的跑合，達(dá)到一種最佳的工作狀態(tài)，要注意的是為保證安裝精度及正常的嚙合，齒輪更換時(shí)應(yīng)該成對(duì)進(jìn)行更換，然后要進(jìn)行科學(xué)地維護(hù)管理，定期進(jìn)行檢測(cè)，了解齒輪的磨損狀況，開(kāi)展故障診斷，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)行處理。還要定時(shí)檢查減速箱的工作情況，及時(shí)更換油脂，防止其他異物進(jìn)入，一旦發(fā)現(xiàn)，及時(shí)清掃，改善減速器密封性，防止漏油情況的發(fā)生，最重要的是要嚴(yán)格按照規(guī)則進(jìn)行操作，不能超負(fù)荷工作。

（5）加強(qiáng)齒輪潤(rùn)滑性能，防止磨損過(guò)快齒輪的潤(rùn)滑應(yīng)該引起足夠的重視，應(yīng)按照理論規(guī)律進(jìn)行齒輪潤(rùn)滑參數(shù)設(shè)計(jì)，同時(shí)要根據(jù)不同的齒輪材質(zhì)，選用不同的油脂，一般對(duì)于傳遞負(fù)荷較輕的齒輪，應(yīng)該選用純礦物油，而對(duì)于傳遞負(fù)荷較大，且所處工作環(huán)境較為復(fù)雜的齒輪，應(yīng)該選用極壓齒輪油。潤(rùn)滑油粘度選擇的主要依據(jù)是齒輪的切線速度，對(duì)于速度不高的齒輪，宜選用黏度高一些油來(lái)潤(rùn)滑，對(duì)速度較高的齒輪傳動(dòng)，要用噴油潤(rùn)滑，宜選用黏度低的潤(rùn)滑油。齒輪的潤(rùn)滑效果會(huì)影響齒輪的齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合以及塑性變形的狀況，所以應(yīng)該根據(jù)各類潤(rùn)滑工況對(duì)齒面強(qiáng)度的影響進(jìn)行具體分析,結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法，從而提高齒輪使用壽命。

3結(jié)語(yǔ)

煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪是整個(gè)傳動(dòng)設(shè)備的核心部件，所以說(shuō)它的使用壽命就決定著整個(gè)機(jī)械設(shè)備的使用壽命。煤炭的開(kāi)采關(guān)乎著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，要從根本上著手，不斷結(jié)合實(shí)際情況，去探索提高齒輪質(zhì)量和使用壽命的有效途徑，減少煤礦安全事故，增大產(chǎn)出，為國(guó)家的建設(shè)貢獻(xiàn)出更大的力量。

作者：韓蕓芳單位：吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院