[摘 要]在機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)使用范圍很廣，可以用來傳遞任意兩根軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，但是齒輪的失效速度也很快，最后導(dǎo)致設(shè)備的功能發(fā)揮不夠充分，嚴(yán)重影響到煤礦企業(yè)的安全高效運(yùn)行。本文通過對(duì)煤礦機(jī)械中各種齒輪的失效形式及原因的分析，不僅能夠使得煤礦機(jī)械設(shè)備的功能發(fā)揮到極致，同時(shí)還能夠?qū)υO(shè)備本身存在的一些缺點(diǎn)做了很好的補(bǔ)充，這樣可以使得機(jī)械設(shè)備的使用壽命大幅度提高，對(duì)煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。

[關(guān)鍵詞]煤礦機(jī)械；機(jī)械傳動(dòng)；齒輪失效；

中圖分類號(hào)：TD407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）01-0369-01

1、前言

當(dāng)前，隨著煤礦工業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng)化程度的不斷提高，各種大型的采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)和提升機(jī)等大功率機(jī)械，功率達(dá)到了幾千千瓦。功率的增大導(dǎo)致煤礦機(jī)械的輸出扭矩隨之增大，但是，煤礦機(jī)械的使用條件決定了齒輪的尺寸、模數(shù)等都要受到機(jī)械尺寸的限制因此，從提高煤礦機(jī)械的可靠性、安全性和機(jī)械的使用壽命出發(fā)，對(duì)其傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)和制造提出了更高的要求。在煤礦生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備又具有以下幾個(gè)鮮明特點(diǎn)：第一，工作環(huán)境極其惡劣，機(jī)械設(shè)備時(shí)刻受到粉塵、水汽、有害氣體等的危害；第二，正常工作情況下，條件苛刻，大部分的機(jī)械設(shè)備是處在負(fù)載大、振動(dòng)強(qiáng)、摩擦厲害、介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重的高速環(huán)境下工作；第三，工作時(shí)間超長，許多機(jī)器都是不分晝夜的連續(xù)性工作；第四，因?yàn)榄h(huán)境惡劣，工況要求高，再者停機(jī)時(shí)間短，這樣直接使得機(jī)械零部件得不到良好的潤滑和維護(hù)。

這幾年來，齒輪傳動(dòng)在煤礦機(jī)械中的使用更為廣泛，但是齒輪的失效速度也很快，最后導(dǎo)致設(shè)備的功能發(fā)揮不夠充分，嚴(yán)重影響到煤礦企業(yè)的安全高效運(yùn)行。下面就齒輪傳動(dòng)的失效進(jìn)行分析。

2、煤礦機(jī)械齒輪失效形式

隨著煤礦機(jī)械化、現(xiàn)代化水平的提高，煤礦機(jī)械的功率日趨增大。為了提高煤礦機(jī)械的可靠性和使用壽命，對(duì)其傳動(dòng)齒輪必然要提出更高的要求。下面簡要分析煤礦機(jī)械齒輪失效的幾種形式：

（1）表面疲勞

由于輪齒表面或表面下存在著裂紋生核，其特征是金屬的移動(dòng)和形成凹坑，并可使得凹坑合并或增大尺寸。

第一，齒面點(diǎn)蝕，輪齒在工作時(shí)，齒輪之間的接觸為高副接觸，輪齒表面會(huì)受到很大的接觸應(yīng)力。當(dāng)出現(xiàn)齒面接觸應(yīng)力比允許應(yīng)力大時(shí)，同時(shí)，齒面表層又處在多級(jí)載荷作用下，這使得齒面很容易出現(xiàn)裂紋，這些裂紋通常開始于輪齒節(jié)線附近，如圖l所示，就可以清楚的看出。當(dāng)接觸應(yīng)力對(duì)齒面繼續(xù)發(fā)生作用，這種麻點(diǎn)形成應(yīng)力的增高，輪齒表面逐漸出現(xiàn)表層金屬的片狀剝落，最終引起齒廓的破壞。

第二，疲勞剝損：對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言，疲勞剝損是一種潛在的疲勞破壞，其特征是沿齒頂或頂棱從齒面上脫落下的顆?；蛐计^大。常見于硬齒面或表面淬火的齒輪，起源于齒面下的缺陷，或由于熱處理造成過高的內(nèi)應(yīng)力。

（2）磨損

在煤礦機(jī)械設(shè)備的磨損中，其形式相對(duì)來說比較多，主要有以下幾種形式：正常磨損、中度磨損、破壞性磨損、磨料性磨損（擦傷）、干涉磨損、腐蝕性磨損、膠合、疲勞磨損（點(diǎn)蝕）、燒傷等。下面就介紹其中幾種在煤礦機(jī)械設(shè)備中經(jīng)常能夠遇到的磨損。

第一，正常磨損：這種磨損是由于齒面上的金屬相互之間以一定的速率緩慢的損耗。這種磨損是在齒輪的設(shè)計(jì)壽命之內(nèi)，不影響設(shè)備的正常使用情況，但是其磨損量不允許超過維修標(biāo)準(zhǔn)。

第二，破壞性磨損：它是齒面的損傷、齒廓的變化達(dá)到非常嚴(yán)重的程度，使運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到較嚴(yán)重的破壞，齒輪的壽命顯著降低。

第三，干涉磨損：由于在設(shè)備的使用初期，對(duì)齒輪的安裝不當(dāng)，當(dāng)輪齒不合理的或提前接觸時(shí)，其大部分的應(yīng)力都其中在主齒輪上，當(dāng)隨著設(shè)備的運(yùn)行，對(duì)齒輪的破壞由輕到重，嚴(yán)重時(shí)主動(dòng)輪齒齒根被掘起，而相配齒輪的齒頂嚴(yán)重地卷起，引起齒輪副的完全破壞。

（3）膠合

由于超負(fù)荷或使用潤滑油不當(dāng)，常因嚙合區(qū)溫度升高，在重載作用下輪齒接觸面的油膜被擠破，使兩輪齒的金屬面直接接觸并熔焊在一起，引起軟齒部分接觸面沿滑動(dòng)方向被撕下而起溝。

3、齒輪失效原因分析

我國煤礦機(jī)械設(shè)備事故率高居不下，一直是困擾著煤礦生產(chǎn)安全，極大的阻礙了煤礦企業(yè)的發(fā)展。齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)承載后，產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力；同時(shí)齒輪嚙合時(shí)，產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，由于曲率半徑及根部形狀因素等使得該處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)這又會(huì)引起齒面的剪應(yīng)力增大，齒面的相對(duì)滑動(dòng)又使滑動(dòng)前方受壓后方受拉。除潤滑不良、三體（磨粒）磨損、化學(xué)腐蝕外，一般地說，若輪齒承受的交變應(yīng)力超過了材料的疲勞極限或強(qiáng)度極限應(yīng)力，這樣將會(huì)使得齒輪出現(xiàn)以上所介紹的失效形式，以下將分析造成這些失效形式的原因，其中主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）設(shè)計(jì)方面

在煤礦機(jī)械設(shè)備的使用過程中，設(shè)備的實(shí)際工況和使用情況與齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求結(jié)合不夠緊密，針對(duì)性不夠強(qiáng)，缺乏專項(xiàng)切實(shí)的科研和實(shí)驗(yàn)。有些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和測試方法、計(jì)算方法不統(tǒng)一、不先進(jìn)。有些齒輪的材質(zhì)設(shè)計(jì)選擇不當(dāng)，性能不好。表1所列對(duì)齒輪斷齒、點(diǎn)蝕和剝落有影響的因素，可供齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮。

（2）制造加工方面

制造加工方面存在缺陷，齒輪制造質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，甚至產(chǎn)品質(zhì)量低劣。熱處理質(zhì)量不過關(guān)，淬火處理齒面硬度不均，產(chǎn)生淬火裂紋，積存較大內(nèi)應(yīng)力。加工精度不高，中、大模數(shù)齒輪加工常出現(xiàn)齒圈的徑向跳動(dòng)和齒形超差，齒面粗糙度不合格，這些都影響著齒輪的接觸精度。直接影響著齒輪的承載能力和壽命。

（3）安裝使用方面

在煤礦企業(yè)當(dāng)中，普遍存在著一些問題，比如，安裝技術(shù)規(guī)范不健全，在安裝過程中基本上靠著工人的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，同時(shí)測量儀器不完備，達(dá)不到齒輪安裝技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。甚至有的出現(xiàn)違章操作，使得機(jī)械設(shè)備處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這樣極大的損害了齒輪的使用壽命。

4、結(jié)語

綜上所述，我國煤礦機(jī)械設(shè)備事故率高居不下，一直是困擾著煤礦生產(chǎn)安全，極大的阻礙了煤礦企業(yè)的發(fā)展，這是一個(gè)亟待解決的安全問題，傳動(dòng)齒輪作為機(jī)械設(shè)備中必不可少的一部分，它的設(shè)計(jì)水平、制造質(zhì)量和使用管理水平直接關(guān)系著煤礦機(jī)械設(shè)備的可靠性和安全性，同時(shí)也影響到設(shè)備的使用年限。通過以上對(duì)煤礦機(jī)械中各種齒輪的失效形式及原因的分析，不僅能夠使得煤礦機(jī)械設(shè)備的功能發(fā)揮到極致，同時(shí)還能夠?qū)υO(shè)備本身存在的一些缺點(diǎn)做了很好的補(bǔ)充，這樣可以使得機(jī)械設(shè)備的使用壽命大幅度提高，對(duì)煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。

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作者簡介：

巢麗娜，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，助理工程師，2002年畢業(yè)于湖北省工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)校，現(xiàn)供職于內(nèi)蒙古易暖科技有限公司