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齿轮箱故障分析:原因和解决方案

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:疲劳折断发生的根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用下,从危险截面的疲劳源起始的疲劳裂纹不断扩展,使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力,造成瞬时折断。如齿轮箱出现异常高温现象,则要仔细观察,判断发生故障的原因。

齿轮箱故障分析:原因和解决方案

齿轮箱常见故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴、油温高和油渗漏等。

10.7.2.1 齿轮损伤

齿轮损伤的影响因素很多,包括选材、设计计算、加工、热处理、安装调试、润滑和使用维修等。常见的齿轮损伤有断齿和齿面损伤两类。

(1)断齿。断齿常由细微裂纹逐步扩展而成。根据裂纹扩展的情况和断齿原因,断齿可分为过载折断、疲劳折断以及随机断裂等。

过载折断总是由于作用在轮齿上的应力超过其极限应力,导致裂纹迅速扩展,常见的原因有突然冲击超载、轴承损坏、轴弯曲或较大硬物挤入啮合区等。断齿断口有呈放射状花样的裂纹扩展区,有时断口处有平整塑性变形,断口处常可拼合。仔细检查可看到材质的缺陷,齿面精度太差,轮齿根未作精细处理等。在设计中应采取必要的措施,充分考虑预防过载因素。安装时防止箱体变形,防止硬质异物进入箱体内等。

疲劳折断发生的根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用下,从危险截面的疲劳源起始的疲劳裂纹不断扩展,使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力,造成瞬时折断。产生的原因是设计载荷估计不足、材料选用不当、齿轮精度过低、热处理裂纹、磨削烧伤、齿根应力集中等。故在设计时,要充分考虑传动的动载荷谱,优选齿轮参数,正确选用材料和齿轮精度,充分保证加工精度,消除应力集中因素等。

随机断裂的原因通常是材料缺陷,点蚀、剥落或其他应力集中造成的距离应力过大,或较大的硬质异物落入啮合区。

(2)齿面疲劳。齿面疲劳是在过大的接触剪应力和应力循环次数作用下,轮齿表面或其表层下面产生疲劳裂纹并进一步扩展而造成的齿面损伤。其表现形式有早期点蚀、破坏性点蚀、齿面剥落和表面压碎等。特别是破坏性点蚀,常在齿轮啮合线部位出现,并不断扩展,使齿面严重损伤,磨损加大,最终导致断齿失效。正确进行齿轮强度设计,选择好材质,保证热处理质量,选择合适的精度配合,提高安装精度,改善润滑条件等,是解决齿面疲劳的根本措施。

(3)胶合。胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏,导致接触齿面金属熔焊而撕落齿面上金属的现象。很可能是由于润滑条件不好或有干涉引起。适当改善润滑条件和及时排除干涉起因,调整传动件的参数,清除局部载荷集中,可减轻或消除胶合现象。(www.xing528.com)

10.7.2.2 轴承损坏

轴承是齿轮箱中最重要的零部件,它的失效会引起齿轮箱灾难性的破坏。轴承在运转过程中,套圈与滚动体表面之间经受交变负荷的反复作用。由于安装、润滑、维护等方面的原因而产生点蚀、裂纹、表面剥落等缺陷,使轴承失效,从而使齿轮箱体产生损坏。

据统计,在影响轴承失效的众多因素中,属于安装方面的因数占16%,属于污染方面的原因也占16%,而属于润滑和疲劳方面的因素占34%。使用中70%以上的轴承达不到预定寿命。因而,重视轴承的设计选型,充分保证润滑条件,按照规范进行安装调试,加强对轴承运转的监控是非常必要的。通常在齿轮箱体设置了轴承温控报警点,对轴承异常高温进行监控。同一箱体上不同轴承之间的温差一般也不超过15℃,要随时随地检查润滑油的变化,发现异常立即停机处理。

10.7.2.3 断轴

断轴也是齿轮箱常见的重大故障之一。原因为轴在制造中没有消除应力集中因素,在过载或交变应力的作用下,超出了材料的疲劳极限所致。对轴上易产生的应力集中因素要给予高度重视,特别是在不同轴径过渡区要有圆滑的圆弧连接。此处的光洁度要求较高,也不允许有切削刀具刃尖的痕迹。设计时,轴的强度应足够,轴上的键槽、花键等结构也不能过分降低轴的强度。保证相关零件的刚度,防止轴的变形,也是提高轴的可靠性的相应措施。

10.7.2.4 油温高

齿轮箱油温最高不应超过80℃,不同轴承之间的温差不得超过15℃。一般的齿轮箱都设置有油冷却器和加热器,当油温低于10℃时,加热器会自动投入,对油池进行加热;当油温高于65℃时,油路会自动进入冷却器,经冷却降温后再进入润滑油路。如齿轮箱出现异常高温现象,则要仔细观察,判断发生故障的原因。首先要检查润滑油供应是否充分,特别是在各主要润滑点处,必须要有足够的油液润滑和冷却。再次要检查各传动零部件有无卡滞现象。还要检查机组的振动情况,前后连接是否有松动等。

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