低速重载齿轮胶合失效的分析
煤矿机械传动齿轮失效形式及对措
第4期山西焦煤科技No．42011年4月Shanxi Coking Coal Science ＆Technology Apr．2011·技术经验·收稿日期：2011－03－02作者简介：蔚海文（1984—），男，山西朔州人，2009级西南石油大学硕士研究生，主要从事机械设计及理论，安全评价研究（E －mail ）seawayu@foxmail．com煤矿机械传动齿轮失效形式及对措蔚海文（西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室，四川成都610500）摘要齿轮失效在煤矿机械设备中较为常见，本文阐述了齿轮传动不同的失效形式，并提出了应对措施，对探讨如何提高煤矿机械传动齿轮质量，延长煤矿机械设备的使用寿命，具有重要的参考价值。
关键词煤矿机械；齿轮传动；失效形式；应对措施中图分类号：TD407文献标识码：A文章编号：1672－0652（2011）04－0050－04近20多年来，随着煤矿现代化、机械化水平的不断提高，煤矿机械设备的功率日益增大。
比如采煤机、掘进机的功率增大了3 6倍，大型矿井中提升机功率已达几千kW 。
功率的增大造成机械的输出扭矩增大，这样就使煤矿机械的零部件，特别是传动齿轮的受力增大。
通常煤矿机械的传动齿轮为中、大模数（模数6 20mm ），低速（6m /s 以下）重载。
但是受煤矿使用条件和机器尺寸的限制，传动齿轮在外形尺寸上并没有太大变化，致使煤矿机械故障率一直持续较高，其中传动齿轮的失效是造成煤矿机械设备无法正常运行的主要原因，齿轮失效直接影响着煤矿机械效能的发挥。
虽然我国齿轮的制造质量在逐渐改善，但是从煤矿机械的现场运转状况来看，往往存在着使用寿命不够长、可靠性较低等问题，与世界工业发达国家相比，尚有一定的差距。
本文列举了煤矿机械设备运行中传动齿轮的失效形式，并探讨了应对措施，对提高机械设备的可靠性、使用寿命和降低煤矿机械磨损造成的损失，具有重大意义。
1煤矿机械齿轮失效形式一般地说，煤矿机械齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，最常见的有以下几种失效形式：1）磨损。
齿轮传动的失效分析及改善措施
齿轮传动的失效分析及改善措施在机械功能效应中机械齿轮停止工作对整个运行过程带来的影响非常大。
文章从机械齿轮的传动特性作为起点，提出了在运行的过程中最多见的几种实效的状态，并进行改进。
标签：齿轮传动；失效；研究1 齿轮传动的特点齿轮的机能传动是通过主动轮在助力从动齿轮的齿槽来实现的，在传动的过程中有以下几个特点：第一，因为齿轮在传递转动的时候是依附齿轮不断推压形成的，因此轮齿的受力方式是齿轮受力；第二，轮齿的受力面任何一个地方在接触轮齿时产生的应力都是从小到大、由无至有、继续从大至小直至归零这么一个过程，其主要受力方式是弯曲应力；第三，运行的过程中，节点的地方只有滚动，另外的齿面都是推动的方式，但是其顶部较根部的运行速度要大很多。
2 常见的齿轮传动失效形式2.1 轮齿折断在一般情况下齿轮的折损有以下两种现象，第一种为疲劳而导致的折断：齿轮在进行传动的时候，轮齿的受力就好比悬臂梁，齿根在受载时会出现很大的弯曲应力，在这个时候齿轮运行时会在交变的应力里，但是若保持一会之后齿轮就可能会到疲劳的最高限度，这样齿根圆角的地方就一定会因疲劳导致裂纹，若不断增加应力循环，裂纹也会越来越大，最后的结果就是齿轮会因为疲劳最终破损。
第二种就是负载过大折断：运行的时候齿轮当经受重大冲击负荷又或者负载过大，亦或者是在安装时精密度不准使得一部分的齿轮受载这都会使得过载折损。
但是和疲劳折损的不同之处在于，负荷太大折断有不固定的断裂位置，而且有粗糙的断面。
如图1所示：图1 轮齿折断有两种情况2.2 齿面点蚀齿轮在运行时接触面在不断产生应力，表面的金属有可见的脱落情况，这样齿面就会失灵，这也就是所谓齿面的点蚀。
因为齿轮的节线周围摩擦与应力都比较大，所以一般节线的根部出现点蚀情况最多。
进行滚滑运作的时候，滚滑的相接的两个面进行运作的时候因为摩擦过大导致裂纹的出现，齿轮底部因为滚滑运作追越面，在两个齿轮相互滚动的过程中，追越面中的裂缝因为润滑油导致被迫渗入裂纹中，使之越来越大，因为油液受到不断的挤压渗出，所以裂纹里不会出现高压油。
低速减速器输出齿轮失效分析
低速减速器输出齿轮失效分析低速减速器是工业机械中常见的一种传动装置，其主要功能是将高速旋转的电动机输出的转速减低到需要的低速。
然而，在使用过程中，低速减速器的输出齿轮有可能会出现失效现象，影响其正常工作。
接下来，将从材料、制造、润滑和维护四个方面分析低速减速器输出齿轮失效的原因。
首先，从材料方面来看，输出齿轮的失效可能与材料的强度和耐疲劳性能有关。
低速减速器输出齿轮通常采用优质合金钢制造，但如果选用的材料强度不够高，或者材料的耐疲劳性能不足，长期运行时可能会出现齿轮断裂、齿面疲劳开裂等失效情况。
其次，制造工艺也是影响低速减速器输出齿轮失效的重要因素。
如果齿轮加工工艺不当，比如齿面粗糙度过大、齿轮硬度分布不均匀等，都会导致齿面磨损加剧和载荷集中，从而加速齿轮的失效。
此外，润滑状况也是造成低速减速器输出齿轮失效的重要原因之一、低速减速器齿轮工作时需要进行润滑，以减少齿轮之间的摩擦和磨损。
如果润滑不足，或者润滑剂选择不合适，就无法起到很好的润滑作用，齿轮间的摩擦磨损会加剧，导致齿轮失效。
最后，低速减速器的维护保养也会影响齿轮失效。
如果在使用过程中，没有定期检查和维护低速减速器，比如及时更换磨损严重的齿轮、定期检查润滑情况等，就会使齿轮失效的风险增加。
另外，使用过程中的不当操作，比如超负荷运行、急停急启动等也会加速齿轮失效的发生。
综上所述，低速减速器输出齿轮失效可能与材料强度、制造工艺、润滑状况和维护保养等多个因素有关。
为了预防低速减速器输出齿轮的失效，可以从以下几个方面着手：首先，选用高强度、高耐疲劳性能的材料进行制造；其次，加强齿轮加工工艺的控制，保证其精度和表面质量；同时，确保良好的润滑条件，定期更换润滑剂，保持合适的润滑膜；最后，定期进行检查和维护，避免不当操作。
只有综合考虑这些因素并采取相应的措施，才能有效预防低速减速器输出齿轮的失效，保证其正常工作。
齿轮传动的失效分析)
一般来说，齿轮传动的失效主要发生在轮齿上。
轮齿部分的失效形式分为两大类：轮齿折断，齿面失效。
1. 轮齿折断折断失效通常有轮齿的弯曲疲劳折断、过载折断和随机折断。
•疲劳折断：工作时轮齿反复受载，使得齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展以至轮齿折断的失效。
疲劳裂纹多起源于齿根受拉的一侧。
•过载折断：齿轮受到突然过载，或经严重磨损后齿厚减薄时，轮齿会发生过载折断。
•随机折断：通常是指由于轮齿缺陷、点蚀或其它应力集中源在轮齿某部位形成过高应力集中而引起轮齿折断。
断裂部位随缺陷或过高有害残余应力的位置而定，与齿根圆角半径无关。
•轮齿折断的形式有整体折断和局部折断。
整体折断多发生于直齿轮，局部折断多发生于斜齿和人字齿轮，齿宽较大的直齿轮和由于安装、制造因素使得局部受载过大的直齿轮，也可能发生局部折断。
疲劳折断的断口较光滑，过载折断的断口则较粗糙。
•增大齿根过渡圆角半径，减小齿面粗糙度，对齿根进行喷丸或碾压强化处理消除该处的加工刀痕，选用韧性较好的材料，采用合理的变位等，均有助于提高轮齿的抗折断能力。
•通常，轮齿疲劳折断是闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式。
2. 齿面失效齿面失效常见的失效形式有：点蚀、胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。
(1) 点蚀齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。
若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象，齿轮传动中称为点蚀（图9.3-13）。
节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。
润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。
•点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀。
收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。
收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。
低速重载齿轮传动的主要失效形式
低速重载齿轮传动的主要失效形式1. 齿轮传动的基础好吧，咱们今天聊聊低速重载齿轮传动。
你可能在想，齿轮不就是那种转来转去的东西吗？没错！但它们的工作原理可比我们想象的要复杂得多。
想象一下，你在一个热闹的游乐园，齿轮就像那旋转木马，转来转去，带着我们飞翔，但如果哪根柱子坏了，那就真是“乐极生悲”了。
齿轮传动在许多机械中扮演着重要角色，尤其是那些需要承受大负荷、低速运转的机器，比如矿山设备、船舶传动系统等等。
可别小看它们，背后可是藏着不少“故事”的。
1.1 齿轮的构造说到齿轮，它们的构造就像是一个复杂的拼图。
每一片都得恰到好处，才能转得顺畅。
齿轮的材料、齿形、齿数，这些都是决定其性能的关键因素。
就像选食材做菜，选择不当，结果可能就“让人哭笑不得”了。
常见的齿轮材料有碳钢、不锈钢、铸铁等，不同的材料有不同的优缺点。
1.2 工作原理再来说说它们的工作原理，简单来说，就是通过啮合传递力量。
想象一下，两只小手在一起握拳，挤出一股力量。
齿轮就是这样，通过相互的啮合，把动力从一个地方传递到另一个地方。
但是，正因为它们的“亲密接触”，就可能出现一些问题。
2. 齿轮的失效形式当然，世上没有绝对完美的东西，齿轮也会“出岔子”。
低速重载齿轮传动最常见的失效形式，咱们得好好聊聊。
2.1 磨损首先就是磨损。
磨损就像一把慢慢侵蚀的刀，时间一长，齿轮的表面就会变得粗糙，甚至出现裂痕。
想象一下，咱们的牙齿，吃东西的时候如果不注意，久而久之也会变得磨损，齿轮也一样。
这时候，如果不及时处理，后果可能会让你“捶胸顿足”。
为了减少磨损，咱们可以使用润滑油，保持齿轮的“光滑度”，就像给机器涂抹护肤品，保持它的年轻。
2.2 疲劳破坏接下来，咱们得提提疲劳破坏。
这可不是你工作累了要休息，而是齿轮在长期的负荷作用下，可能出现微小的裂纹，最终导致齿轮的崩溃。
就好比是咱们走路时，鞋子穿久了，底下的胶水就会慢慢剥离，最后一不小心就“啪”一声，摔个四脚朝天。
[23] 低速重载齿轮胶合失效的分析_康文龙
![[23] 低速重载齿轮胶合失效的分析_康文龙](https://img.taocdn.com/s3/m/8c555922580216fc700afde8.png)
·78· 故障与诊断 机械2008年第7期 总第35卷———————————————— 收稿日期：2008－03－25低速重载齿轮胶合失效的分析康文龙，郭猛，郝凌，刘进德（辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000）摘要：分析了低速重载齿轮胶合失效的主要影响因素，包括齿轮的设计参数、原材料选用及锻件质量、齿轮的加工精度、装配精度及与制造有关的因素、齿轮工作时的润滑情况等。
提出了防止胶合失效的一些措施，即采用变位方法减小相啮合齿轮滑动率差值，严格控制齿轮毛坯材料合金元素的含量范围，并要求材料供应厂家提供钢材的炉前分析结果以便采取相应的热处理工艺、提高齿轮的齿形加工精度、降低齿面加工粗糙度值，根据具体工作环境条件选择合适的润滑油粘度和润滑方法等。
实践证明这些措施能够在一定程度上有效防止低速重载齿轮的胶合失效，对于提高矿用机械传动齿轮的质量和可靠性、延长机械设备使用寿命具有非常重要的意义。
关键词：胶合失效；减速器；重载齿轮；啮合中图分类号：TH132.429 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2008) 07－0078－03Analysis of veneering failure for low-speed heavy-duty gearKANG Wen-long ，GUO Meng ，HAO Ling ，LIU Jin-de(Liaoning Technical University ，Fuxin 123000，China)Abstract ：The main influence factors of low-speed heavy-duty gear veneering failure are analyzed. It includes design parameter, material selecting and forging part quality, processing precision, assembly precision, and some factors with manufacturing, lubricating situation etc. The measures to avoid gear veneering failure are proposed. It consists of using the way to change position so that reducing the value of sliding difference, strict controlling alloy element quantity range in the material, and requiring the supplier of material provide analyzed results, then using the right technology of heat treatment, improving processing precision of gear shape, reducing the value of rough limit, according to the running situation selecting the suitable oil and lubricating way etc. It has been proved that the measures were effective to avoid veneering failure by practice in some degree. The work is very important for enhancing the gear quality and reliability and extending the equipment service life of mine machine.Key words ：veneering failure ；reducer ；heavy-duty gear ；mesh减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递扭矩的作用，是各种机械系统中的一个重要环节。
齿轮失效原因分析及防止措施
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界(上接第99页)2.6防爆外壳隔爆面的防腐处理由于防爆电器均工作在条件恶劣的矿井下,且定期检修,隔爆面极易腐蚀,为保护好隔爆面的隔爆性能,一般对隔爆面要进行防腐处理,工业上一般采用电镀、磷化处理或者涂防锈油。
【参考文献】[1]于秀娟.煤矿井下电气设备的防爆探讨[J].价值工程,2010(33).[2]何景波.试论煤矿井下防爆电器设备中的应用技术[J].科技创业家,2011(10).[3]周伟峰.焊接隔爆外壳加工工艺[J].煤矿机械,2012(07).[4]GB3836.1-2010爆炸性环境第1部分:设备通用要求[S].北京:中国标准出版社,2010.[5]GB/T12173-2008矿用一般型电气设备[S].北京:中国标准出版社,2006.[责任编辑:汤静] 0概述齿轮传动是机械设备中应用最广泛的传动形式,特别是在冶金机械中,齿轮传动随处可见,齿轮失效也是最常见的机械故障之一,由于一对(或一个)齿轮失效,可能会造成整个生产线停产,严重影响设备运行和企业生产。
齿轮种类繁多,消耗量大,加工工序复杂,成本较高,因此,有效延长齿轮使用寿命,不仅能减少机械故障,为生产赢得宝贵时间,而且能减少生产备件消耗,降低生产成本,减轻工人劳动强度。
在长期的工作实践中,通过对齿轮失效原因进行分析,总结出了防止齿轮失效、延长齿轮使用寿命的有效措施。
1冶金机械齿轮工作的特点1.1传动功率大,齿面的接触应力高1.2冲击性负荷较大,常常承受很大的过载负荷1.3转速较低1.4工作环境温度高1.5灰尘较多1.6水汽多2齿轮的失效形式及原因分析2.1齿轮的点蚀齿轮在传动动力时,两工作面理论上是线接触,实际上因为齿面的弹性变形而形成很小的面接触,所以产生很大的接触应力,而且该应力是由零增加到最大,又由最大降到零,即按脉冲循环变化。
齿轮传动失效分析及预防
经验交流现代农村科技2019年第9期齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式，它具有传动平稳、传动比准确、承载能力强、工作效率高、结构紧凑等优点。
但齿轮在传动过程中也会出现传动失效的问题，且失效形式是多种多样的。
齿轮齿圈、轮辐、轮毂部分的结构尺寸通常是经验设计的，其强度和刚度较为富裕，因此在传动中极少失效。
齿轮传动的主要失效部位为轮齿，根据轮齿失效部位的不同分为齿体失效和齿面失效。
1轮齿折断轮齿折断的类型有两种：疲劳折断和过载折断。
疲劳折断是由于轮齿受重复弯曲应力作用，当弯曲应力超过材料疲惫极限时，在轮齿齿根受拉一侧就会产生疲劳裂纹，在齿根应力集中处，裂纹加速扩展，直至轮齿折断。
过载折断是由于轮齿受短时意外严重过载或冲击时，齿轮材料较脆时，轮齿突然折断。
轮齿折断常发生在闭式硬齿面及开式齿轮传动中轮齿受拉应力一侧的齿根部位。
对于齿宽较小的直齿轮常发生全齿折断，对于齿宽较大的直齿轮、斜齿轮常发生部分齿折断。
防止轮齿折断，提高抗断齿能力的措施：当分度圆直径为定值时，减小齿轮齿数并增大齿轮模数，以便增大齿根齿厚，进而提高齿根弯曲疲劳强度；采用正变位的方法加工齿轮，以提高齿根抗弯强度；提高齿面硬度，进而提高齿面接触疲劳强度；增大齿根处圆角半径，以减小应力集中；提高加工精度，降低表面粗糙度，减少加工损伤，避免应力集中；提高轮齿精度和齿轮支撑刚度，进而改善轮齿载荷分布；对齿轮齿根进行强化处理；对齿轮齿芯进行热处理，提高其韧性。
2齿面点蚀齿面点蚀是由于齿面受到脉动循环接触应力作用，当接触应力超过材料的接触疲劳极限时，就会产生细微裂纹，这时润滑油进入裂缝，形成高压封闭油腔，润滑油的楔挤作用使裂纹扩展，直至齿面材料点状剥落。
齿面点蚀常发生在闭式软齿面齿轮靠近节线的齿根面上。
之所以靠近节线是由于齿轮传动重合度小于2，节线处一般只有一对齿啮合，接触应力较大；同时由于节线处做纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。
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万方数据
祝耱２００８年第７期总第３５卷故障与诊断·７９·
２齿面胶合分析
２．１齿轮胶合失效实例简介
某刮板输送机用减速器在出厂试验时，个别产品出现破坏性齿轮失效现象。
该减速器为三级圆锥圆柱硬齿面齿轮减速器，失效部位在陪试减速器主动轮靠近齿项节圆以上部分、被动轮靠近齿根节圆以下部分。
图１为圆柱齿轮失效形式，图２为圆锥齿轮失效形式，这种现象严重影响产品的质量和整机的可靠性，且一直未能得到彻底解决。
经过现场分析和查阅相关资料，确定这是一种胶合现象（相关资料也称擦伤）和齿面塑性变形磨损共同存在的减速器齿轮失效现象。
图１圆柱齿轮胶合失效图２圆锥齿轮胶合失效２．２胶合机理概述
虽然关于齿面胶合的研究早就有记载，但是由于胶合破坏事前无预兆、发生突然、影响因素复杂，所以一直到现在对胶合机理的研究仍不完善，甚至采用何种物理量来评定胶合也还没有定论。
但胶合的严重后果，已为大家所熟知。
煤矿现场的一些重要生产运输设备如采煤机、掘进机、刮板输送机等的减速器低速轴线速度一般在１～２Ｉｎ／ｓ，而传递功率多在１００ｋｗ以上。
对于低速重载齿轮传动，最容易产生轮齿的胶合失效，它是重载齿轮经常产生的破坏形式之一。
一般开始时是擦伤，擦伤到一定程度便发生胶合。
擦伤是在齿面上产生划痕，不产生金属的转移，划痕较浅。
当齿间的油膜破裂，挤压膜也失去作用，就会由于轮齿间的干摩擦而产生局部高温，使相接触的金属瞬时熔焊在一起，并使部分金属迅速转移。
被胶合齿面特征是齿面被撕破或起沟，其痕迹是沿滑动方向。
２＿３影响胶合的因素及控制措施
（１）齿轮设计参数
根据试验结论分析，相啮合齿轮的滑动率差值对齿面胶合有很大影响。
滑动率差值大，抗胶合能力就差。
因此需要采用变位方法减小相啮合齿轮滑动率差值，即应使啮合齿在开始接触时主动轮齿根处的滑动系数与接触终了时从动轮齿根处的滑动系数趋于相等，从而减小轮齿间的最大滑动系数。
经计算分析：单个齿轮滑动率的大小对胶合基本没有影响；但一对相啮合的齿轮如果滑动率相差较大，在啮入和啮出时出现了非渐开线干涉，则其滑动率差值便成为影响胶合的主要因素。
通过修整原齿轮副的变位系数，使大小轮的滑动率接近相等，滑动率差值接近于零，并对重合度、干涉条件、强度等进行校核，均满足条件，说明调整后的参数提高了齿轮的抗胶合和耐磨损能力，改善了轮齿的传动质量。
实验结果也证明了这一点。
（２）原材料及锻件质量
相啮合的大、小齿轮副若采用同种材料，由于同种材料原子间有较大的亲和力，在其它条件相同的情况下，胶合发生几率高。
另外，齿轮材料的化学成分和锻件的质量直接影响齿轮产品的加工性能、渗碳质量和淬透性。
胶合失效与渗碳质量、淬透性有直接关系。
为保证要求的表面质量和淬透性，对合金元素的含量范围应严格控制。
在向钢厂订货时，除了要求钢厂提供钢材的炉前分析结果外，锻造部门还应对齿坯的化学成分进行第二次检验。
对于碳钢锻件及某些要求拉伸强度较低的合金钢锻件，一般可采用正火＋回火的热处理工艺；当拉伸强度要求较高时，锻件必须经过淬火＋回火（调质）处理。
重载齿轮由于应力分布和服役条件的特殊性，对渗碳质量要求较严，且渗碳层较深，时间长。
合格的原材料及锻件有利于提高齿轮的抗胶合及抵抗其他形式失效的能力。
（３）齿轮的加工精度、装配精度等与制造有关的因素
齿轮的加工精度和装配精度越高，啮合过程越平稳、齿面接触越均匀。
可避免局部不均匀接触产生的强烈摩擦，从而避免产生瞬时高温而粘焊导致的胶合失效。
同时，硬齿面齿轮只有在高精度条件下，其承载能力高的特点才能充分得到发挥。
由于硬齿面齿轮的跑合性能比软齿面齿轮差得多，所以
由于精度低造成硬齿面齿轮承载能力下降，其后果 万方数据
万方数据
低速重载齿轮胶合失效的分析
作者：康文龙， 郭猛， 郝凌， 刘进德， KANG Wen-long， GUO Meng， HAO Ling， LIU Jin-de 作者单位：辽宁工程技术大学,辽宁,阜新,123000
刊名：
机械
英文刊名：MACHINERY
年，卷(期)：2008,35(7)
1.张金海;余元强齿轮失效实例分析和改进措施[期刊论文]-十堰职业技术学院学报 2004(02)
2.张潇云;周新建煤矿机械传动齿轮失效形式分析[期刊论文]-润滑与密封 2003(05)
3.王明侗渐开线齿轮精度 1983
4.董学朱齿轮啮合理论基础 1989
本文链接：/Periodical_jx200807025.aspx。