机械传动齿轮失效问题分析与应对策略
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摘 要：在隧道工程机械设备故障中，机械传动齿轮失效问题极为常见。而齿轮失效会对机械设备应用造成极大地不良影响。基于此，本文对机械传动齿轮的失效问题进行了探究。分析了机械传动齿轮的运行特征以及常见的齿轮失效形式，并在此基础之上提出了应对策略。希望可以为工作人员提供参考。
关键词：机械设备;机械传动齿轮;齿轮失效
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.008
0 前言
机械齿轮在传动过程中会因各种原因而出现失效。一旦出现失效问题，需要立即排查失效原因并及时地更换齿轮，以免对机械设备的正常应用造成影响。相关技术人员应该根据机械传动齿轮的加工和使用经验，对其运行特点和易导致齿轮失效的关键性因素进行总结，并在工作中做好防范措施。
1 机械传动齿轮的特征
机械齿轮具有极高的传动效率和稳定性。在传动效率方面，机械齿轮的传动效率可以居于机械传动效率首位。一般而言，机械传动齿轮的工作效率可以达到99%，正是因为机械齿轮具有这种特点，所以才得到了极为广泛的应用。而在稳定性方面，稳定性是机械齿轮实现可靠传动的根本。要实现机械齿轮的正常传动使用，就必须确保其具有可靠性。
2 机械传动齿轮的失效类型
2.1 因齿轮折断而失效
齿轮折断是机械传动齿轮失效的主要原因之一。产生这种情况的原因有二。第一是齿轮因过度运转发生疲劳进而折断。在此情况下，机械齿轮在其运转期间必然出现受力不合理的问题;当其受力于较高的比悬臂梁时，齿轮根部就会因压力而形成弯曲性应力，则齿轮运转期间的疲劳程度就会大幅上升;长此以往，在齿轮的根部圆角处会出现裂纹[1]。如果未及时地对这种情况进行调节，会导致根部裂纹持续扩大，进而出现齿轮折断。第二是因齿轮负载过大而出现折断。如果机械齿轮在进行传动时，承受了超出限额的冲击性负载，那么齿轮就会出现磨损破裂，进而被折断。若齿轮因这种问题而折断，那么其折断位置并不固定，而且断面会十分粗糙。
2.2 因齿面变形而折断
如果齿轮处于低速超重的负荷运传动状态下，其表面则会因为齿轮滑动而产生摩擦;此时，摩擦力与表面的应力相结合，会使得齿轮表面出现塑性流动。这种塑性流动会导致齿轮的表面出现塑性变形，而且变形位置常见于齿轮的顶部。当齿面出现塑性变形时，常常伴有飞边情况，极易出现折断现象。
3 机械传动齿轮失效的应对策略
3.1 优化机械齿轮加工工艺
齿轮加工工艺的合理性和有效性对齿轮的使用效果产生极大地影响。为了避免出现机械传动齿轮失效的问题，相关工作人员必须加强对齿轮加工工艺的把控。在实践操作中，应该将粗齿轮和精齿轮分离，并且并在完成机械齿轮粗切后再进行精滚加工。齿轮加工的精度必须满足其实际应用的精度需求。需要注意的是，齿轮的精度必须超过9级，而且粗滚作业偏差不得超过0.03mm。在磨齿抛光阶段，技术人员可以选择使用电抛光或震动抛光两种形式;完成抛光以后，齿轮的表面粗糙程度应得到有效提高。为了保证齿轮的使用效果，操作人员应该合理地应用大圆弧的齿根，并根据实际需求对齿面和齿形进行修正;工作中务必要消除或减轻啮合干涉问题，降低齿根在工作时的接触应力，提高齿轮的弹性柔度。当加工人员开始进行修饰性加工时，应在磨齿和研齿阶段将齿轮的接触应力从15%提高到25%左右;而在对机械轮齿进行修型时，则需要合理加工，使其使用寿命提高至少2倍，并将其弯曲压力至少减少五分之一，以达到降噪减污的目的。需要注意的是，齿胚加工时必须多次应用切削加工以及热处理技术，这样才可以从根本上避免齿轮的传动失效问题。而且，如果切齿刀具的韧性和耐磨性都比较高，而且其实际硬度大于工件的硬度，则这种道具的切削效果会比较明显。所以，进行切齿时，一定要合理地选择刀具。
3.2 优化齿轮的硬化处理工艺
齿轮的表面硬度、齿轮表层向芯过渡的实际剪切强度和剪应力比值都会影响齿轮的实际承载力[2]。在实际应用过程中，这种比值不可以超过0.55。目前，深层性渗碳淬火法是最为有效的齿轮硬化处理方法。该方法的应用不仅可以减少过渡区的残余拉力，而且还可以得到较高的芯部硬度和较深的硬化层。应用这种方法进行硬处理，应该将齿面的实际碳含量控制在0.8%-1%之间，而且其表面至芯的硬度梯度必须最佳和缓状态。通常来说，经過了深层性渗碳淬火，齿轮的表面硬度可以达到HRC58-62，若是想进一步消除其表面应力，就必须对热加工处理工艺进行进一步优化。比如，可合理地应用氮碳共渗法，将氮的实际渗入深度控制在0.2mm左右，这样就可以实现齿面的深度硬化。
3.3 优化齿轮的润滑工艺
当完成齿面硬化后，将对齿轮进行润滑加工。应该将机械齿轮形成的磨损性实效与润滑实现有效分离。在对齿轮进行契合加工时，除了部分需要切点以外，其他部分都需要进行滚滑式运动，其特性应该与弹性流体的动力性润滑理论相符。对于齿轮而言，润滑工艺的有效性将直接影响其使用寿命，所以相关人员必须加强润滑工艺优化。相比于传统的基础润滑理论，弹性流体的动力性润滑理论更为有效;该理论可以实现对机械齿轮表面的局部弹性变量的实际数据的把控，并且可以根据其刚性边界，润滑油膜的实际厚度需求计算出来。在机械齿轮的润滑工艺流程中，润滑工艺理论的应用对润滑油膜压力的分布状况以及其形状都具有十分大的影响。所以，技术人员在设计机械齿轮润滑参数时，必须要根据其特点和润滑需求，合理地选择润滑油的种类和使用方式。
4 结论
总而言之，为了保证机械传动齿轮的正常运行，相关工作人员必须优化齿轮的加工工艺，并在其使用过程中加强管理，以延长齿轮的使用寿命。在工作中应不断总结经验，全面把握机械传动齿轮失效的原因和其故障特点，依据实际情况选取最为有效的解决策略，提高机械传动齿轮运行的稳定性。
参考文献：
[1]汪淑艳，钟庆海.关于机械传动齿轮失效问题的探讨[J].内燃机与配件，2019（09）：128-129.
[2]姚建安.关于机械齿轮传动及传动失效的特性分析[J].南方农机，2018，49（17）：195.
作者简介：邹子良（1986-），男，安徽淮南人，大专，助理工程师，研究方向：机械工程。
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