煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪質(zhì)量及使用壽命

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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)齒輪過程中，沒有考慮煤礦機(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。比如說在鍛造齒輪過程中，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）在安裝使用的過程中，如果安裝不規(guī)范，就無法保證安裝精確度，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)。齒輪在安裝過程中，要考慮多方面的因素，比如說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，沒能經(jīng)過一定工作量的跑合過程，過早投入使用，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程中，不能及時(shí)地更換潤滑油脂，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、有效的潤滑度以及合理的硬度和裝配要求等。比如說在閉式齒輪傳動(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)致潤滑不良及輪齒的膠合損傷，為了控制溫度的過快升高，應(yīng)該進(jìn)行散熱能力的計(jì)算。對(duì)于開式傳動(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，也就是說要有較高的抗折斷能力。所以說，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大、過小以及扭斜等問題的產(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，開展故障診斷，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，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)齒輪潤滑性能，防止磨損過快齒輪的潤滑應(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潤滑，對(duì)速度較高的齒輪傳動(dòng)，要用噴油潤滑，宜選用黏度低的潤滑油。齒輪的潤滑效果會(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，選擇合適的潤滑劑和潤滑方法，從而提高齒輪使用壽命。

3結(jié)語

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。煤炭的開采關(guān)乎著國家的經(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