齿轮是减速器的核心部件,齿轮故障是导致减速器故障的重要因素。齿轮损坏形式有:齿面点蚀、轮齿折断、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性流动等。在减速器的工作中,齿轮点蚀是减速器失效的主要原因之一,齿轮点蚀问题会导致减速器运转时出现较大的振动、润滑油温度上升、轴承磨损等问题,以致减速机使用2-3年就需要进行大修。
点蚀的概念:
当一对齿轮啮合时,两个齿面在接触处会发生周期性的摩擦应力,当该接触应力超出了齿面材料的疲劳极限时,齿轮运行一段时间后,在齿轮表面上会产生一道细小的裂纹,当裂纹继续扩大时,表面会出现一层薄薄的裂纹,这就是所谓的点蚀。点蚀产生后,齿面承载区迅速减小,接触应力急剧增加,不但会造成齿面疲劳失效,而且会破坏齿面的啮合精度,造成较大的动态载荷,最后造成大量齿面脱落,从而报废。
点蚀的机制与过程
齿面磨耗是由齿面接触摩擦引起的齿面在交变应力的作用下产生的裂纹,并将其分离出微片而造成的。克拉盏里斯基摩擦疲劳理论认为:点蚀的基本机理是:由于表面粗糙度和波纹度的存在,两个齿面的表面接触是不连续的;磨损是由于实际接触区的局部变形和局部应力而发生的材料机械破坏过程;摩擦表面某些部分的材料疲劳破坏将取决于接触区所承受的交变载荷。点蚀过程是由三个发展阶段所组成的。一是表面的相互作用;二是在摩擦力的影响下,接触材料表层性质的变化;三是表面的破坏和磨损微粒的脱落。表面相互作用是这三个发展阶段中最重要的阶段,同时必须考虑到相互作用的双重特性和接触的不连续性。
疲劳腐蚀是由以下几个方面引起的:
1、精密行星减速机的传动轴承使用过度或轴承与轴承座孔之间的间隙过大,导致传动轴承的振动过大,从而导致负载增加,从而导致齿轮的传递负载增加,从而导致齿面的疲劳腐蚀。
2、减速机齿面装配时,未严格按照维修工艺进行,造成齿面局部接触,载荷过大,造成齿面疲劳点蚀。
3、润滑油过期、磨损、粘性过低或失效,使齿面不能形成油膜,使齿与齿间的直接接触导致齿面疲劳点腐蚀。
4、润滑油中加入了油性剂和极压添加剂,具有减小摩擦、增加油膜强度、改善齿轮耐腐蚀性能的作用。但是,由于某些添加剂中含有的腐蚀成分,会引起齿面的腐蚀,进而引起裂纹;同时,由于添加剂中的气泡也会导致齿面的点蚀和剥落。
5、油温高会使润滑油的粘度下降,使齿面产生油膜,使齿面的润滑薄膜减少,从而使齿面的承载能力和抗磨能力下降,从而产生点蚀。
6、由于装配精度较低,导致齿轮的啮合区域出现局部超载,从而导致实际接触应力大大超出许用啮合应力,这是由于齿轮副的两条中心线不平行或太大的交叉偏差以及在齿轮加工过程中产生的齿向误差。但由于齿轮材质的热处理及硬度的选用不合理,导致齿面硬度较低,无法满足工作要求,这也是导致齿面腐蚀的主要原因。
7、电机联轴节与减速器的输入联轴节不同心,使减速器的进口齿轮承受不均匀的载荷,使某一侧的齿轮承受过大的载荷,从而导致齿面腐蚀,从而导致减速器的齿轮损坏。
8、齿轮齿面腐蚀的先决条件是出现微小裂纹,在工作中多次载荷作用下,裂纹会继续扩大,最终造成点蚀。润滑油的粘度对点腐蚀有较大的影响,在工作时,润滑油的稀疏程度要高于粘性油,容易渗入裂缝,从而导致裂纹的蔓延。高粘度的润滑油,能减慢冲击,延迟裂缝的蔓延,提高齿轮的耐蚀性。若加入低粘度的润滑油,会导致减速机齿轮发生点蚀。在实际生产中,常发生减速器箱体进水,导致润滑油乳化,结果表明,减速器进水的原因是由于减速器进口油封损坏,水流通过减速器的进口轴流入变速箱,导致机油乳化和变质。从而导致了润滑油的粘性下降,从而导致了齿面的点蚀。
降低点蚀的方法:
(1)减速器选型时,选用合适的齿轮材质及热处理硬度,并由专门的技术人员监督,以保证传动装置的装配精度,并保证传动装置的啮合精度,以降低点蚀。
(2)减速器和电机的分段安装,减速器和电机、减速器和被驱动装置之间的间隙严格按照GB50231 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231的规定进行,以确保减速机的安装精度。
(3)在搅拌减速机中,应适当地控制注胶量、控制罐中的材料浓度、稳定器中的液面、减小负载和减小交流负载的变化率,以减小齿轮的点蚀。
(4)合理选用下、中两种支承材料,从原来的锡青铜、四氟乙烯材料改为四氟乙烯+尼龙,这样可以降低轴承和搅拌轴的磨损,并对轴承和轴承座之间的间隙进行修理,从而降低减速器的负荷,从而提高齿轮的使用寿命。
(5)选用粘度适宜的润滑油,定期检查机油质量,如有问题应及时进行更换。减速机与电动机的连接部分及减速机油封的压力盖上均涂上了密封件,以阻止雨水的侵入。
(6)采用循环水冷却搅拌减速机,由于循环水中的钙化物沉淀于内冷管内,导致传热管与换热器的传热性能下降,甚至出现堵塞,导致机油油温上升。
(7)在选用润滑油后,减速器可按一定比例加入抗磨损、耐压的助剂,以提高减速齿轮的润滑性能,降低齿面磨损。
结论
减速器齿面磨损的原因很多,除了减速器本身的加工精度、齿轮的材质、温度的配比、减速器和搅拌系统的装配精度、负载分布以及冷却润滑等都有着密切的联系。所以,在未来的减速机设备安装维修中,必须严格遵循以上几项措施,以减少齿轮点蚀,从而提高其使用寿命。