农业机械预防齿轮失效的措施范文

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摘要：机械齿轮广泛应用于农业机械，在工作过程中会存在齿轮失效的情况，目前主要的失效形式有齿牙折断、齿面胶合、磨损和烧伤等。本文分析了导致齿轮失效的主要原因，提出了相应的预防措施，目的是促进齿轮使用时间的延长。

关键词：农业机械；齿轮失效；原因；预防措施

齿轮传动在拖拉机等农业机械中的部件包括驱动桥、变速器、发动机等，机械工作中，齿轮处于啮合的轮齿会发生接触，并且存在切线滑动。当受到外界载荷后，除了会作用在轮齿根部的弯曲应力，由于存在相对滑动会使齿面出现摩擦，这个时候就出现接触应力[1]。在各种力的影响下，会导致齿轮失效，主要表现为齿牙折断、齿面胶合、磨损以及烧伤等。

1齿轮失效的定义

机械零件失去原有功能，这种情况叫做零件失效。传动机械中，最主要的零件失效是齿轮失效，占比很高，齿轮失效的原因是：齿轮传动过程中，主要运动部分是主动轮以及从动轮，接触部分是轮齿，而其他部分只要保证强度符合要求即可，很少存在失效情况。

2引起齿轮失效的主要原因分析

齿轮失效形式包括两种：一种是齿轮磨损，另一种是齿轮损伤（主要形式为轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合以及塑性变形等）。齿轮磨损主要原因是：齿轮啮合过程中，轮齿接触面由于摩擦出现过度损耗；轮齿损伤的原因是：齿轮材料由于材料原因、尺寸原因、精度原因和使用状态等，在制作和使用中会受到不同程度损伤。当齿轮损伤积累到某个程度后，会使齿轮功能丧失，导致齿轮损伤的主要原因比较多，主要有材料选择、设计原因、毛坯、机械加工、热处理、安装原因等。齿轮承载能力的决定因素包括：使用材料、齿轮状态、运行速度、润滑情况、齿轮类型和参数等。（1）齿牙折断。①过载折断。短时间过载或严重超出载荷都会发生载荷过大的情况，会导致轮齿发生过载折断。导致轮齿断裂的过载原因有：突然性的冲击载荷；轴承损坏导致的轮齿过载荷；轴弯曲导致的过载荷等，过载折断的齿轮，主要类型是钢制齿轮或铸铁齿轮。如果为渗碳齿轮，齿轮轮齿中心硬度比较低，会导致裂纹，导致轮齿整体断裂。②疲劳折断。如果齿轮根部交变应力超出了使用材料疲劳限度，齿根圆角会出现疲劳裂纹，当裂缝继续延展后，会使齿根发生弯曲疲劳折断。斜齿圆柱齿轮以及人字齿轮产生的齿根裂纹会斜着延伸，断面平滑，裂纹为贝壳样，疲劳折断的原因是设计问题、过载、接触原因等[2]。（2）齿面胶合。齿轮低速传动过程中，因为轮齿接触不规则，增加了齿面局部压力，没有产生润滑油膜，或润滑油没有产生一定的油膜厚度，齿面金属直接接触，会提高温度发生熔焊，随后会撕扯导致沟痕出现，被称为冷胶合。当高速重载齿轮传动过程中，会导致温度过高，接触表面熔焊使滑动方向出现沟痕，被称为热胶合。（3）齿面磨损。这种情况通常是轮齿接触面发生损耗，当外界灰尘等掉入啮合区，滑动运动进行下，会导致齿面严重磨损，被称为磨粒磨损。齿轮厚度变薄后会导致折断，磨损的原理包括磨料磨损、腐蚀磨损以及刮伤，造成齿轮损毁的磨损是因为润滑油使用问题、齿轮设计问题和材料问题等。根据磨损原理和特点不同，齿轮磨损类型主要有轻微程度、中等程度、磨损过度、磨粒磨损以及腐蚀磨损等。轻度磨损的特点是磨损缓慢和均匀，齿面磨损后会变得光滑和发亮，导致轻微磨损主要原因是齿面接触部分粗糙程度同润滑油粘度、工作载荷以及齿面速度不匹配，多种因素会导致齿面润滑油没有发挥作用，对齿面造成磨损。当齿轮被磨平以后，可以选择粘度比较高的润滑油，可以起到充足润滑的作用，不会对齿轮寿命造成影响。中等磨损指的是：轮齿上下齿面材料会散失，由此出现持续的磨损线，原因是受齿轮速度不同载荷、温度、润滑油影响下，只能对边界起到润滑作用，可以润滑调节，使油膜变大避免磨损加重。过度磨损的原因是：轮齿的齿面材料受到磨损，使轮齿厚度下降，破坏了轮齿形状，齿轮使用寿命大幅度下降；磨损过度的原因是：润滑系统以及密封情况比较差，系统振动和冲击幅度比较大导致；预防措施为：选择恰当的密封方式和润滑设备，可以加快齿轮工作速度，避免外界振动，调节齿轮参数，选择合适的制造材料、制造精度和齿面粗糙度；磨粒磨损的主要原因是外界灰尘杂物进入齿面中导致发生磨损，可以使齿面硬度提高，避免齿面滑动，选择合适的润滑方式，使润滑油保持清洁等避免磨粒磨损。腐蚀磨损指的是：轮齿齿面因为腐蚀，出现不同坑，导致腐蚀磨损原因是：润滑物质同轮齿材料发生反应，因为摩擦作用，导致腐蚀。要避免出现腐蚀，需要很好的控制腐蚀介质，可以将避免腐蚀的物质加入润滑油，减少化学反应。齿轮装置要做好相应的密封，避免润滑油受到外界物质污染。（4）齿面烧伤。导致齿面烧伤的主要原因包括：过载、速度过快、润滑不合适等，从而导致齿轮摩擦过度升高了局部温度，高温会使齿轮变色和淬火。齿面烧伤会提高表面疲劳程度。因此齿轮最好选择渗碳淬火齿轮、渗碳淬火后的金属具有更好的耐磨性。（5）齿面塑性变形。当受到重载荷以后会使金属表面发生塑性变形，如果齿轮齿面硬度低，当短时间过载或摩擦过大，会导致齿轮发生塑性变形，依据塑性变形的特点，主要包括三类：压塌及飞边变形、波纹变形以及起皱变形。引起齿轮齿面塑性变形的主要原因包括：热处理不当、润滑问题、载荷过大。热处理不当指的是：齿面硬度不符合技术要求，主要为表面发生脱碳，热处理工艺问题导致齿面硬度过低等。齿轮硬度过低会导致齿面出现点蚀，如果是硬度高的齿轮会导致齿根折断，闭式齿轮传动最普遍的失效形式就是点蚀。在进行机器检修的过程中，可以发现齿面上出现了不同的凹坑，如果齿面进行了渗碳淬火，会出现斑块或金属剥落。原因是轮齿啮合过程中，轮齿齿面接触部位在力的影响下会出现接触应力，当把齿轮分开后就会消除这个应力，齿轮工作面的某一点，会因为受到接触应力导致轻微的疲劳裂纹。当裂纹不断扩展后，会使齿面金属微粒发生脱落，出现不同凹坑，这种情况普遍出现在节线齿根面；当轮齿节线部位齿根接触强度过低，运动速度比较慢，润滑效果会降低，会使摩擦力提高。分析上面的原因后，为了避免提前出现点蚀，可以增强齿面硬度、提高润滑油年固定，减少表明粗糙度，使齿轮寿命增加。当载荷过大的时候，会使齿轮发生齿面胶合，当齿轮处于恶劣的工作环境下，首先会导致磨损严重，最后引起齿根折断[3]。

3预防齿轮失效的措施

在日常运行过程中，不同的齿轮失效是共同出现的，要避免齿轮失效，可以采取以下几种措施。（1）对齿轮积极做好润滑，使用高质量的润滑油。很多齿轮长期处于高速重载环境下，如果润滑效果不好会使局部温度升高过快，导致齿轮变色、胶合等问题。引起润滑不良有很多不同因素，常见的有堵塞油路、喷油孔，润滑油不能及时输出；还有的是润滑油变质、温度过高、润滑油加入了水分等。这些因素都会使齿面润滑变差，因此农业机械使用过程中，要对润滑油的油位和质量经常检查。（2）操作人员要严格按照操作规范进行，防止机械长期过载运行或者突然受到外界冲击。很多齿轮驱动装置长时间处于载荷不稳定的情况下，过载现象比较频繁，如果不采用一定的保护方法，会使轮齿出现过载断裂，还有的根部发生断裂。（3）齿轮装配要认真做好。当一对齿轮互相啮合进行轴向运动，齿宽方向只有一部分接触，还有的齿轮会发生直线偏差等，齿轮载荷呈现不均匀，不能使扭矩平稳的传递，这就是一端接触[4]。这种情况会导致局部齿轮需要承担过载，会发生断齿，要求在进行齿轮装配过程中，严格检查齿轮情况，一旦齿轮不符合使用要求或者齿轮没有做好清洁都不能进行安装。要锁紧齿轮上不同的紧固装置，避免齿轮在工作过程中发生脱落[5]，和齿轮装配有关的止推垫要正确安装，避免齿轮不能完全啮合导致过度磨损。装配结束后，要对齿轮运转情况仔细检查，当出现卡顿情况，要及时进行处理。（4）要避免和降低齿面胶合程度，可以采取下面的措施：①为了使齿轮啮合开始和结束的滑动系数下降，可以选择角度变位齿轮传动；②要使模数和齿高减小，使滑动速度下降；③选择极压润滑油；④使用抗胶合能力的齿轮副材料；⑤如果齿轮制造材料相同的时候，要使大小齿轮保持一定的硬度差；⑥要增强齿面硬度，减少表面粗糙度[6]。针对速度高、载荷重的传动齿轮，既要满足轮齿弯曲强度要求以及接触强度要求，还要增强齿面抗胶合能力，因此设计传动齿轮的时候，要提前调节齿轮承载能力，然后采取相应的润滑措施[7]。（5）在做好齿轮润滑的前提下，避免啮合区温度过高，可以防止轮齿因为过载折断，在传动设计过程中，要仔细分析导致过载的不同因素。选择合适的安全装置，可以使用安全联轴器；安装过程中，要调节接触精度；齿轮运转过程中，要避免硬物进入啮合区，防止发生冲击载荷[8]。另外，要提高齿轮的制造质量，可以使用仪器仔细检查齿根部位的裂纹，能够有效避免轮齿因过载导致折断。同时，齿轮加工过程中，要严格遵循相关的制造工艺，防止出现应力过于集中。

4结束语

齿轮是重要的机械部件，作用是传递两轴间的运动以及动力，优点是传动效率高、运行稳定等，是机械传动使用最普遍的方式。农业机械是实现农业现代化的重要基础，由于农业生产时间紧、任务重，因此齿轮工作过程面临重载荷、长时间工作等恶劣情况，由此会导致齿轮出现失效[9]。本文总结了齿轮失效的主要原因，并提出了相应的预防对策，目的是让农业机械更稳定的工作，推动农业现代化更好的进步。

参考文献：

[1]牛祥栋.怠速工况下变速器齿轮敲击仿真研究[D].重庆大学,2015.

[2]任保安.螺旋伞齿轮精确建模及TCA初始值计算研究[D].太原科技大学,2015.

[3]张昊.五轴齿轮组装式离心压缩机转子系统动力学及其非线性特性[D].大连理工大学,2016.

作者：朱婷 单位：江苏森威集团飞达股份有限公司