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原因分析减速器的齿轮损坏

来源:胡歌 发布时间:2013/1/10 9:17:11

减速器的齿轮损坏的原因分析

 

一、先了解下齿轮的制造工序,再逐步分析。

齿轮制造工序:

备料→锻造毛坯→正火处理(低温退火)→粗车→半精车→滚齿→齿端倒角→高频淬火→精加工(磨端面B→磨端面C→插键槽→磨内孔→磨齿→去毛刺)→检验

二、如何提高齿轮的强度

提高齿轮的强度主要是指抗弯强度和齿面接触强度,有以下几个方法:

1、若结构允许,可以选择较大的模数,但不作为唯一推荐方案。

2、选择合适的变位系数,设计成齿轮(正变位)可以增大轮齿齿厚,提高轮齿的抗弯强度,但不作为唯一推荐方案。

3、在制造工艺上,增加齿根圆角,提高表面质量,也可以提高齿轮的强度。

4、建议合理选用材料(如40Cr45#45Mn2钢;0Cr.20CrMnTi.20CrMnVB.20CrNiH)和热处理方式(表面淬火、渗碳、高频淬火),提高轮齿的表面硬度,可以提高齿面接触疲劳强度。

 

三、齿轮选材及热处理

   通常人们将齿轮传动分为两类,即硬齿面齿轮传动和软齿面齿轮传动。 通常一对啮合齿轮的齿面硬度均大于350HBS,称为硬齿面齿轮,否则即称为软齿面齿轮。选择那种齿轮传动要根据设计要求,两种齿轮传动各有利弊,但由于硬齿面传动载荷大,使用寿命长,备广泛的应用。

   硬齿面齿轮采用的材料及热处理方法很多,比如常用的几种:

140Cr . 45#.45Mn2钢,可以采用最终热处理 高频回火或者氮化处理

220Cr.20CrMnTi.20CrMnVB.20CrNiH等可以采用渗碳淬火,

338CrMnAl则可以用氮化工艺达到较高的硬度,一些特殊的材料要用特殊的热处理方法。   

     齿轮的制造材料和热处理过程对齿轮的承载能力和尺寸重量有很大的影响。20世纪50年代前,齿轮多用碳钢,60年代改用合金钢,而70年代多用表面硬化钢。按硬度齿面可区分为软齿面和硬齿面两种。 

A)软齿面的齿轮承载能力较低,但制造比较容易,跑合性好, 多用于传动尺寸和重量无严格限制,以及小量生产的一般机械中。因为配对的齿轮中,小轮负担较重,因此为使大小齿轮工作寿命大致相等,小轮齿面硬度一般要比大轮的高  

B)硬齿面齿轮的承载能力高,它是在齿轮精切之后 ,再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理,以提高硬度。但在热处理中,齿轮不可避免地会产生变形,因此在热处理之后须进行磨削、研磨或精切 ,以消除因变形产生的误差,提高齿轮的精度。

四、齿轮损坏形式、断齿原因分析

A.齿轮损坏形式

  减速机齿轮损坏故障有断齿、齿轮磨损等。据威高传动工程师的多年经验分析:齿轮损坏形式除断齿和齿轮非正常磨损(这里称为非正常磨损较为恰当,因为齿轮正常磨损不能认为是故障。非正常磨损是指齿轮发生过早磨损,达不到齿轮应当具有的磨损寿命)之外,还有齿面点蚀和剥落等损坏形式。齿面点蚀和剥落多发生在齿高中间以上顶部位。

B.断齿原因分析

(1)减速机齿轮断齿部分原因是制造质量缺陷引起的。

   (B1)制造质量引起齿轮断齿原因有:没有选合适的钢材、齿轮铸造质量不好、淬火硬度偏低、齿轮硬度不够易弯齿磨损、球墨化不够、使用时长受交变应力影响会疲劳损坏等……

  (B2)齿轮啮合精度对断齿的影响不大。尽管齿轮的啮合精度对断齿有一定程度的影响,但对断齿的影响程度并不大。因为齿轮的啮合精度不够,齿轮的接触面不足,将会发生接触应力增大、载荷作用不均匀等现象,但这并不是断齿的主要原因。

 B3)断齿还有个原因是载荷过大和齿根有缺陷,轮齿的弯曲强度不够所致。(影响弯曲强度的主要因素是作用在轮齿上载荷力的大小和齿根的缺陷程度。齿轮啮合精度差,并不会改变轮齿上载荷力的大小和齿根的缺陷程度,只是增大了轮齿的接触应力)。

 B4)造成齿轮磨损的原因除减速器制造质量差之外,也有一些是使用中发生的问题,如:减速器缺油、采用半流体润滑液。

 B5)非正常磨损的制造质量因素有:

    ①齿轮材料不符合要求,造成非正常磨损;

    ②齿轮有砂眼、气孔和疏松、球墨化不够等缺陷存在;

    ③热处理硬度不够或没有进行热处理;

    ④齿轮啮合精度、运动精度达不到要求;

    ⑤圆弧齿轮对中心距的误差敏感性很大,特别是中心距的正向误差,不仅降低了轮齿的弯曲强度,而且还增加了滑动磨损。

  

(2)减速器缺油对非正常磨损影响很大。如减速机润滑油漏油,管理人员未能及时发现,减速机还在继续运转,减速机也在缺油的状态下继续工作,直到把齿顶磨成尖形才被发现,打开减速机上盖一看,箱底堆了一层金属粉末,这说明缺油对非正常磨损影响很大。

(3)金属微粒加剧齿轮的磨损。应采用磁性体吸附金属微粒。减速器采用半流体润滑液,磨损掉的齿轮金属微粒混在润滑液中,更加剧齿轮的磨损。建议在油箱中增加几个磁性体,利用磁性作用吸附润滑液中的金属微粒,可减少润滑液的金属微粒含量。

五、齿轮的齿部磨损的原因与防范:

1、淬火硬度偏低,40Cr建议HRC48-55/电机轴,大齿轮需偏低一些(若大齿轮与轴齿的硬度不区配,也会产生磨损过快);

2、淬硬深度不够,需至少保证齿根向下1mm淬透;

3、金相组织异常,如组织粗大等,要求为细针状马氏体与少量的珠光体铁素体——可进行金相分析;

4、若器具的要求很高,可尝试中温氰化或渗碳淬火

六、提高齿轮传动的接触强度的方法:

接触强度与模数无关,模数与弯曲强度有关,接触强度主要和齿面硬度有关你可以:

1.齿轮加工的精度(精度高会改善啮合性能,进而改善接触强度)

2.热处理(一般为中碳钢,调质后表面高频淬火,提高硬度;低速重载的齿轮低碳合金钢渗碳淬火,硬度提高,接触强度提高)

3.齿面修形(现在尤其重要的一个环节,同样可以改善啮合性能,避免产生冲击)

4.润滑中心距和齿数跟这个接触强度毫无干系,再说了,你需要的传动比已经确定了,齿数和中心距怎能随便改呢?