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齿轮磨损模式和故障类型

2020-12-21 10:00:46
41次

做机器故障诊断要掌握故障特征,还需要了解故障机理。本文对齿轮磨损模式,故障类型包括齿面疲劳、塑性变形、齿破碎和其它损伤进行了整理,配合图片加深理解。

齿轮磨损

齿轮磨损是齿轮接触表面的材料摩擦损耗,类型有:轻微磨损,中等磨损,过度磨损,磨粒磨损,腐蚀磨损,胶合,无光泽,中度胶合,破坏性胶合,局部胶合,齿顶齿根干涉。

轻微磨损

轻微磨损是一种非常缓慢的磨损现象,它是由运行过程中金属间的相互接触造成的。这种磨损使齿轮表面光滑更加适合运行。

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中等磨损

中度磨损一般由润滑油(脂)量少引起,油膜的厚度对于负载来说太薄。它也可能由润滑系统中参杂的污染杂质引起。许多齿轮传动设计在这种情况下运行。

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过度磨损

过度是中度磨损发展而来,当一定数量的材料从齿面上磨掉,这时就到了过度磨损的阶段。节线附近伴有明显的点蚀现象。

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磨粒磨损

在磨粒磨损中,接触表面将有整圈的、径向划痕标记或沟槽现象。外面进入到润滑系统中的杂质将引起磨粒磨损。

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腐蚀磨损

腐蚀磨损是由化学成分造成的齿表面磨损,一般由润滑油中的活性组分造成,例如:酸、水分、极压添加剂。

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胶合

胶合是由于啮合的齿轮局部过热导致齿面间的油膜消失使两齿面的金属直接接触、磨损的结果。

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无光泽

齿表面无光泽一般由润滑不良导致啮合产生的热量引起。润滑油膜厚度在啮合产生的热量和旋转齿轮产生的大部分热量作用下变薄。

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中度胶合

中度胶合显示的是典型的齿轮磨损模式,一般发生在齿顶或齿根或两者兼有。一般由润滑失效导致啮合产生的过多的热量引起。

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破坏性胶合

破坏性胶合是沿滑动方向呈明显的粘撕沟痕的齿轮故障,一般由润滑不充分、工作温度过高、齿面接触应力或速度过高等原因引起的过热所造成。当润滑失效时,熔焊和撕裂迅速毁坏齿廓。

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局部胶合

局部胶合发生在相接触齿面的局部区域上,一般是由于设计不当造成局部载荷集中的结果。

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齿顶齿根干涉

齿顶齿根干涉是胶合的一种,齿根附近的齿廓显示出明显的脱落并且可能常常显示出破坏性的径向划痕。

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齿面疲劳

齿面疲劳是由齿轮表面或次表面的交变应力超过材料的许用应力而导致的材料失效引起的。齿面疲劳的显著特点就是齿面金属脱落形成的凹坑。齿面疲劳的类型有:点蚀,早期点蚀,破坏性点蚀,剥落,齿面塌陷。

早期点蚀

早期点蚀的特点是出现0.15 到0.3 英寸的小坑,一般发生在局部应力过高区。是由相互啮合的齿面贴合不良引起的。

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破坏性点蚀

破坏性点蚀的特点是齿面表面的麻点比早期点蚀的大而深。破坏性点蚀通常是由齿面应力过高而早期点蚀不能缓解的结果。

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剥落

剥落只发生在完全硬化,或通常情况下淬火钢,由于热处理使表面或次表面产生裂纹或内部应力过高造成的。

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齿面塌陷

齿面塌陷是超过材料的极限应力造成的次表面疲劳失效。

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塑性变形

塑性变形是齿面在冷态下,由高接触应力和齿面在啮合中的滚动和滑动造成的。塑性变形的类型有:起脊,碾击塑变,鳞皱。

碾击塑变

碾击塑变一般是齿在高负载下滑动和不合适的齿产生的冲击载荷共同作用的结果。

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鳞皱

鳞皱是一种呈鱼鳞状皱纹的齿面塑性变形,这种皱纹垂直于滑动速度方向。它一般发生在硬齿面上。通常是润滑不良、重载或振动的作用下,工作齿面间产生“爬行”的结果。

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起脊

起脊是由于齿面间的磨损和表面或次表面材料的塑性流动形成的深脊。它通常和重载和润滑不良有关。除非材料还有能力进行表面硬化否则齿轮会完全失效。

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齿破碎

破碎是指整个齿或齿的主要部分的破裂,可能是由过负荷,或者齿所受的周期性应力超过了材料的耐受极限。有三种类型:过载破碎,弯曲疲劳破碎,随机破碎。

弯曲疲劳破碎

般源于齿根部的裂纹,大部分故障是由齿负荷过载引起的,其导致根部应力高于材料的耐受极限。

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过载破碎

是一种纤维状破裂,有被拉或撕开的痕迹。可能源于轴承抱轴,被驱动设备故障,外界物质进入齿啮合,或者由于故障轴承导致的突然不对中。

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随机破碎

通常由齿的缺失引起,其导致高的应力集中于一个特定区域。

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其它损伤

其它损伤是由一些其它原因导致的齿轮失效,这些原因可能是处理不当、环境因素或偶然事件等。例如:淬火裂纹,磨削裂纹,轮缘和辐板损伤,电蚀。

淬火裂纹

淬火裂纹是由于淬火过程中产生的过大内应力造成的。

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磨削裂纹

磨削裂纹主要是由于磨削过程中引起的,通常是磨削技术或热处理不当引起的。

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轮缘和辐板损伤

轮缘和辐板损伤通常发生在两相邻齿之间的齿根部。辐板裂纹是由辐板中的井造成的应力集中或辐板振动引起的。

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电蚀

电蚀损伤引起的小坑均匀的分布在界定好的齿的表面上。这些小坑是由杂散电流放电或电流通过快速离合的啮合齿面向接地零电位流动时产生的。

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齿轮润滑故障模式

齿轮润滑的基本作用是尽可能地保持啮合的齿表面分离,由于这个目的从未完全达到,则润滑剂不能达到这个理想状态的程度将由齿损坏的类型和程度反映出来。 

工作中的齿轮齿总会磨损,可希望的zui好状态是“正常”磨损。这个术语是不准确的,它通常会随齿轮类型和应用的不同而变化很大。但是可以将其理解为一个足够低磨损率,导致可接受的寿命、不太可能发生灾难性磨损。 

研磨磨损用于描述齿表面以比正常磨损高的多的速率的连续磨损。油液中坚硬的固体颗粒污染通过刮划齿表面产生这种类型的磨损。细微颗粒的研磨可导致明显的表面磨光。 

研磨磨损齿表面接触的程度一般不足以引起熔着磨损,即焊接然后撕下剥片。熔着导致非常粗糙的表面,产生高速率的齿表面金属剥离。这是润滑失效的一个指示,唯 一可用的补救方法是更换损坏的齿轮。油中使用 EP 添加剂可防止熔着;齿轮硬化,整体硬化或表面硬化,有助于承受高的齿间载荷。 

熔着总是开始于齿的端部(即在顶部和根部)并向节线方向发展。在这些点滑动速度zui大,因此接触温度zui高。在节线点齿的相对运动是纯滚动,因此很少熔着,即使有很大过载荷存在。 

当齿载荷过载时,常见表面点蚀发生。由于节线上的齿接触为纯滚动,点蚀更容易在齿的这个区域突发,并且通常是在过载引起齿顶和齿根区域熔着之前发生。如果齿是硬化的,并且使用 EP润滑油减少熔着倾向,在比熔着发生较低的载荷下,点蚀可能在齿顶和齿根发生。 

点蚀是一种疲劳现象,发生于承受重复周期应力的材料表面。事件的顺序以表面出现裂纹开始,当在负荷下齿表面相互滚过,润滑剂在裂纹中产生压力而放大这些裂纹。初始裂纹由于齿表面在滚动作用下变形而发生,因此,表面的局部应力在咬入期间较高,如果该过程延长,可能突然发生节线处点蚀。以这种方式发生后,点蚀或者依靠型锻或研磨过程被“治愈”,或者如果表面应力足够高,它将扩展到齿顶和齿根。后一种情形点蚀称为“进展性点蚀”,但是通常不可能从初始点蚀预测它是否为进展性。可能的情况下,减小负荷将延迟点蚀的发作,一定程度增加油的粘度也起到同样作用,前者的作用将较大。 

涡轮的点蚀是一个相当常见的现象,通常钢材料蜗杆和青铜蜗轮组合,一般不影响运行。 

 

来源:传动在线

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