呂文勝 吳剛

【摘 要】通過對(duì)釜類減速機(jī)的齒輪發(fā)生點(diǎn)蝕的現(xiàn)象，分析了齒輪發(fā)生點(diǎn)蝕的機(jī)理及發(fā)生過程，對(duì)引起減速機(jī)齒輪點(diǎn)蝕的影響因素進(jìn)行了分析，并制定出相應(yīng)的解決措施，達(dá)到減少減速機(jī)齒輪點(diǎn)蝕，延長(zhǎng)減速機(jī)使用壽命的目的。

【關(guān)鍵詞】減速機(jī)；齒輪；點(diǎn)蝕；措施

中圖分類號(hào)： TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）20-0041-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.015

0 前言

減速機(jī)是釜用攪拌的重要組成部分，齒輪是減速機(jī)的心臟，齒輪損壞是減速機(jī)失效的主要原因之一，齒輪損壞形式有：齒面點(diǎn)蝕、輪齒折斷、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性流動(dòng)等。在減速機(jī)的使用過程中，齒輪點(diǎn)蝕是減速機(jī)最常見的損壞形式，減速機(jī)齒輪點(diǎn)蝕嚴(yán)重會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行振動(dòng)大，油溫升高，加劇軸承磨損，以至減速機(jī)使用2-3年就需要進(jìn)行大修。通過對(duì)事業(yè)部2016年度釜類減速機(jī)維修統(tǒng)計(jì)（見表1）?？梢钥闯鰧?duì)于釜類攪拌器減速機(jī)而言，齒面點(diǎn)蝕是減速機(jī)在使用過程中最常見的損壞形式。

表1 2016釜類減速機(jī)維修情況統(tǒng)計(jì)

1 齒輪點(diǎn)蝕機(jī)理

1.1 點(diǎn)蝕概念

一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，兩齒面之間在接觸處產(chǎn)生循環(huán)變化的接觸應(yīng)力（見圖1），如果這種接觸應(yīng)力超過齒面材料的接觸疲勞極限時(shí)，齒輪工作一定時(shí)間以后，在齒面表層內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)微觀的疲勞裂紋，隨著這種裂紋的蔓延與擴(kuò)展，齒面金屬表層將產(chǎn)生片狀剝落而形成麻坑（見圖2），這種現(xiàn)象稱為點(diǎn)蝕[1]。當(dāng)點(diǎn)蝕出現(xiàn)以后，齒面的承載面積迅速減少，并使接觸應(yīng)力急劇增大，不僅加劇了齒面的疲勞破壞，同時(shí)也破壞了齒面嚙合的正確性，引起相當(dāng)大的動(dòng)負(fù)荷，最終導(dǎo)致齒輪齒面的大片剝落而報(bào)廢。

1.2 點(diǎn)蝕機(jī)理及過程[2]

齒面點(diǎn)蝕屬于表面疲勞磨損，是指齒輪嚙合時(shí)，輪齒衰面在交變應(yīng)力作用下，產(chǎn)生裂紋和分離出微片而破壞的結(jié)果。

根據(jù)克拉盞里斯基的磨損疲勞理論，點(diǎn)蝕的基本機(jī)理是：由于表面粗糙度和波紋度的存在，兩個(gè)齒面的表面接觸是不連續(xù)的；磨損是由于實(shí)際接觸區(qū)的局部變形和局部應(yīng)力而發(fā)生的材料機(jī)械破壞過程；摩擦表面某些部分的材料疲勞破壞將取決于接觸區(qū)所承受的交變載荷。

點(diǎn)蝕過程是由三個(gè)發(fā)展階段所組成的。一是面的相互作用；二是在摩擦力的影響下，接觸材料表層性質(zhì)的變化；三是表面的破壞和磨損徽粒的脫落。表面相互作用是這三個(gè)發(fā)展階段中最重要的階段，同時(shí)必須考慮到相互作用的雙重特性和接觸的不連續(xù)性。

2 點(diǎn)蝕產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施

2.1 減速機(jī)制造、裝配精度的影響

減速機(jī)的早期點(diǎn)蝕原因之一是由于裝配精度低，造成齒輪接觸面積減小局部超負(fù)荷，使實(shí)際接觸應(yīng)力大大超過齒輪材料的許用接觸應(yīng)力，這是由于該齒輪副的兩中心線不平行或交叉偏差過大和齒輪加工時(shí)齒向誤差過大造成的。

而齒輪材料的和熱處理硬度選擇不當(dāng)，造成齒面硬度偏低，滿足不了運(yùn)行需要，也是造成點(diǎn)蝕的一個(gè)重要原因。

2.2 安裝精度的影響

在減速機(jī)和電機(jī)安裝后軸對(duì)中不合規(guī)范要求，造成電機(jī)聯(lián)軸器和減速機(jī)輸入端聯(lián)軸器不同心，造成減速機(jī)輸入端齒輪受力不均，一側(cè)傳動(dòng)齒輪超負(fù)荷受力，引起齒面點(diǎn)蝕，造成減速機(jī)齒輪損壞失效。

2.3 載荷的影響

釜類設(shè)備減速機(jī)載荷主要來源有兩個(gè)：一是載荷主要來源于攪拌、槳葉載荷，釜內(nèi)介質(zhì)密度過大、液位過高都會(huì)造成攪拌載荷增大，引起齒輪點(diǎn)蝕；二是傳動(dòng)軸系振動(dòng)引起載荷增大，由于軸承與軸承孔配合間隙變大、傳動(dòng)軸承剛度等原因，引起軸系不正常振動(dòng)，產(chǎn)生齒面點(diǎn)蝕。

2.4 潤(rùn)滑油的影響

潤(rùn)滑油能減少機(jī)械傳動(dòng)中的磨損，減震、潤(rùn)滑、提高設(shè)備預(yù)期壽命。因此在日常的齒輪維護(hù)中，創(chuàng)造良好的潤(rùn)滑條件，采用合理的潤(rùn)滑技術(shù)減少和降低齒輪齒面點(diǎn)蝕磨損等損傷是現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員必須關(guān)注的課題[3]。

2.4.1 潤(rùn)滑油油質(zhì)的影響

齒輪產(chǎn)生齒面點(diǎn)蝕的首要條件是有微裂紋.然后在工作過程中多次重復(fù)受載，裂紋不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致點(diǎn)蝕.裂紋源是由于機(jī)械加工產(chǎn)生于表面，或材料組織不均勻（存在夾渣、氣孔和硬質(zhì)顆粒等）以及局部剪切應(yīng)力過大，產(chǎn)生于表層（表面下），裂紋源反復(fù)受載，裂紋逐漸被拉開，以至延伸到表面而脫落。

潤(rùn)滑油的粘度對(duì)點(diǎn)蝕的影響很大，工作過程中稀薄的潤(rùn)滑油比粘稠的潤(rùn)滑油更易滲透到裂縫中去，造成裂紋的擴(kuò)展，粘度大的潤(rùn)滑油緩沖吸振性強(qiáng)，承載能力強(qiáng)。粘度高的潤(rùn)滑油，可以減緩沖擊.延緩裂紋的擴(kuò)展，增強(qiáng)齒輪的抗點(diǎn)蝕能力。如果添加低粘度的潤(rùn)滑油，極易造成減速機(jī)齒輪點(diǎn)蝕。

在生產(chǎn)使用經(jīng)常出現(xiàn)減速機(jī)箱體內(nèi)進(jìn)水造成潤(rùn)滑油乳化的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)進(jìn)水主要來源是減速機(jī)輸入端油封（見圖3）損壞后，水沿著減速機(jī)輸入軸進(jìn)入齒輪箱，造成潤(rùn)滑油乳化變質(zhì)。使?jié)櫥偷恼扯冉档?，承載能力降低，造成齒面點(diǎn)蝕。

2.4.2 添加劑的影響

潤(rùn)滑油添加一定比例的油性劑、極壓添加劑，會(huì)起到降低摩擦，增大邊界油膜的強(qiáng)度，可以提高齒輪的抗點(diǎn)蝕能力。但有些添加劑中存有腐蝕性物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致金屬齒面銹蝕，從而引發(fā)裂紋；添加劑中存在氣泡也會(huì)造成齒面點(diǎn)蝕磨損脫落。

2.4.3 油溫的影響[4]

油溫過高會(huì)降低潤(rùn)滑油粘度，不利于齒輪齒面間的油膜形成，齒輪嚙合面的潤(rùn)滑膜變薄，齒面的承載、抗磨能力降低，出現(xiàn)點(diǎn)蝕。

3 減少點(diǎn)蝕的措施

（1）在進(jìn)行減速機(jī)選型時(shí)，根據(jù)設(shè)備的使用載荷選擇適當(dāng)?shù)凝X輪材料和熱處理硬度，由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)減速機(jī)組裝進(jìn)行監(jiān)造，確保齒輪安裝精度，保證齒輪的接觸精度，從而減少點(diǎn)蝕。

（2）攪拌軸安裝時(shí)，嚴(yán)格控制攪拌釜機(jī)架的找平和攪拌軸的鉛錘度和跳動(dòng)度，鉛錘度

（3）減速機(jī)和電機(jī)分段安裝，減速機(jī)和電機(jī)、減速機(jī)和被帶動(dòng)設(shè)備間嚴(yán)格按《機(jī)械設(shè)備安裝工程 施工及驗(yàn)收通用規(guī)范》 GB50231就行設(shè)備軸對(duì)中找正，使兩端跳動(dòng)不超過0.1mm，保證減速機(jī)安裝精度。

（4）對(duì)于釜用攪拌減速機(jī)，合理控制噴膠量，控制釜內(nèi)物料密度，穩(wěn)定釜內(nèi)液位，減少載荷及降低交變載荷的變化率，從而減少齒輪點(diǎn)蝕。

（5）合理選擇底部軸承和中間軸承的材質(zhì)，將以前的錫青銅和四氟乙烯材質(zhì)改為四氟乙烯+尼龍，減少了軸承和攪拌軸的磨損及時(shí)修復(fù)軸承及軸承與軸承座間間隙來減少由于振動(dòng)帶來的減速機(jī)載荷增大，以此延長(zhǎng)齒輪使用壽命。

（6）選擇合適粘度的潤(rùn)滑油，定期對(duì)油質(zhì)抽檢，出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)更換。電機(jī)與減速機(jī)連接處和減速機(jī)輸入軸油封壓蓋加密封膠，防止雨水進(jìn)入。將減速機(jī)內(nèi)置內(nèi)冷管改為外置循環(huán)冷卻系統(tǒng)（如圖4），并在管線上增加過濾器，減少內(nèi)冷管破損造成的潤(rùn)滑油變質(zhì)，過濾潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)，增強(qiáng)換熱器的冷卻效果，保證潤(rùn)滑油的質(zhì)量。

（7）釜用減速機(jī)使用循環(huán)水進(jìn)行冷卻，循環(huán)水中的鈣化物會(huì)在內(nèi)冷管內(nèi)沉積造成內(nèi)冷管和換熱器換熱效果差，甚至堵塞造成潤(rùn)滑油油溫過高，因此應(yīng)定期對(duì)減速機(jī)內(nèi)冷管進(jìn)行化學(xué)清洗，保證內(nèi)冷管的撤熱效果，避免溫度升高引起減速機(jī)齒輪點(diǎn)蝕。

（8）減速機(jī)在選擇合適的潤(rùn)滑油后可適當(dāng)按照比例混合一些抗磨耐壓的添加劑，增強(qiáng)減速機(jī)齒輪的潤(rùn)滑效果，減少齒輪的點(diǎn)蝕。

4 結(jié)論

減速機(jī)齒輪發(fā)生點(diǎn)蝕的影響因素較多，不僅與減速機(jī)自身的制造精度，齒輪材料，硬度配比有關(guān)，還和減速機(jī)、攪拌系統(tǒng)的安裝精度，載荷分布和冷卻、潤(rùn)滑有著密切的關(guān)系。因此在今后減速機(jī)的設(shè)備安裝和維護(hù)方面，嚴(yán)格按照上述措施進(jìn)行改進(jìn)，降低減速機(jī)齒輪點(diǎn)蝕的程度，延長(zhǎng)減速機(jī)的使用壽命。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬愛慶.減速器齒輪發(fā)生點(diǎn)蝕的分析[J].煤炭技術(shù)，2006（2）：22-24.

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[3]朱磊.淺論潤(rùn)滑對(duì)齒輪齒面損傷的影響[J].潤(rùn)滑油，2010（25）：21-24.

[4]Hoehn，B.-R.Influence of Oil Temperature on Gear Failures [刊，德].Tribology International-2004.37（2）：103-109.