探析煤矿机械传动齿轮的失效形式
摘要:本文主要从如何提高煤矿机械传动齿轮质量，延长煤矿机械
设备的使用寿命等方面对煤矿机械传动齿轮的失效形式进行了探讨。
关键词:煤矿机械;齿轮失效;原因
中图分类号:X752文献标识码: A 文章编号:
为了提高煤矿机械的可靠性和使用寿命，对传动齿轮必然要提出更高的要求。煤矿机械的齿轮大多为中、大模数(模数 6,20 ram)，多为低速(6 m/s 以下)重载传动，由于两传动齿轮之间是高副接触，单位齿宽的载荷值很高(20 kN/cm)，因此要求齿轮材料相应的应力达到一定的值。近年来，我国煤矿机械齿轮的制造质量和使用管理水平得到不断提高，但是从现场运转状况看，存在使用寿命不够长等问题，与世界先进水平相比，尚有一定差距。煤矿机械齿轮失效形式主要有以下几种。
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表
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面疲劳
由于轮齿表面或表面下存在材质初始裂纹(裂纹生核)，以及交变应力反复作用而造成材料的疲劳，其应力超出了材料的疲劳极限，开始裂纹扩展。其特征是金属的移动和形成凹坑，并可使得凹坑合并或增大尺寸。
(1)破坏性点蚀:轮齿工作时，齿面接触应力是按脉动循环变化的，若齿面接触应力超过材料的接触疲劳极限时，齿面表层在载荷的多次重复作用下，产生细小的疲劳裂纹，通常开始于轮齿节线以下点蚀，这种麻点形成应力的增高，导致麻点间的金属疲劳引起齿廓的破坏。抗点蚀主要与
齿面的硬度有关。
(2)疲劳剥损:这是一种潜在的疲劳破坏，其特征是沿齿顶或顶棱从齿面上脱落下的颗粒或屑片较大。常见于硬齿面或表面淬火的齿轮，起源于齿面下的缺陷，或由于热处理造成过高的内应力。
2 塑性流动
(1)塑性变形:由于轮齿啮合不合理而造成超负荷或冲击负荷而产生轮齿较软齿部分金属的塑性变形，严重时在齿顶的边棱或端部出现飞边、齿顶变圆，主动齿轮的齿面上有凹洼，被动齿轮的节线附近升起一脊形，使齿面失去正确的齿形。
(2)起波纹:由于润滑不充分、重载或振动而形成的“滑动粘附”摩擦，在齿面上形成与滑动方向成垂直的波纹，外观呈鱼鳞状。常见于表面淬火的小齿轮上。
(3)起皱:由于超负荷或润滑不足，齿面沿滑动方向出现皱纹，呈人字形或鱼尾状。常见于表面淬火的小齿轮和青铜涡轮齿面上。
3 磨损
(1)正常磨损:是齿轮接触表面上的金属以一定的速率缓慢的损耗。它在齿轮的预期寿命内将不影响其正常的使用性能。磨损量以不超过维修
标准
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为限。
(2)中度磨损:是齿轮接触表面上的金属较快的损耗。它会使齿轮的齿廓发生一定的变化，使平稳性降低，噪音加大。
(3)破坏性磨损:它是齿面的损伤、齿廓的变化达到非常严重的程度，使运转的平稳性受到较严重的破坏，齿轮的寿命显著降低。
(4)磨料性磨损(擦伤):它是由于在齿轮的啮合中进入细颗粒，使齿面沿滑动方向呈短线状划痕，引起齿面的损坏。这种颗粒可能是来自齿轮箱中的污物、铸造遗留的砂粒、油中的杂质和轮齿表面或轴承剥落下的金属颗粒。
(5)干涉磨损:由于安装不当，当轮齿不合理或提前接触时，全部载荷集中于主动齿轮根与相配齿轮的齿顶的啮合上(在被动轮齿根与相配齿轮的齿顶间断开)，其破坏由轻到重，严重时主动轮齿齿根被掘起，而相配齿轮的齿顶严重地卷起，引起齿轮副的完全破坏。
(6)腐蚀性磨损:它是由于轮齿在啮合摩擦过程中与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损。如酸的湿气(水污染)、润滑油的污染及润滑油脂混入酸性水对齿面所产生的锈蚀等。在煤矿井下这种情况时常发生。
(7)胶合:由于超负荷或使用润滑油不当，轮齿接触面在重载的作用下，润滑油油膜破裂，使两啮合轮齿的接触面材料直接接触并粘焊在一起，引起较软齿面的部分接触面材料沿滑动方向被撕破或起沟当成因条件没有消除时，胶合会继续扩展。
(8)疲劳磨损(点蚀):在齿轮的高副接触中，材料表层受到很大的接触应力，当载荷重复作用时，常会出现表层金属呈小片状剥落，而在零件表面形成小坑，有着钝和粗糙的外观。
(9)烧伤:由于超负荷、高速或润滑不良，产生过度磨擦，轻者齿面高温变色，重者由于材料的硬度降低而产生严重磨损或齿面损坏。
4 胶合
由于超负荷或使用润滑油不当，常因啮合区温度升高，在重载作用下轮齿接触面的油膜被挤破，使两轮齿的金属面直接接触并熔焊在一起，引起软齿部分接触面沿滑动方向被撕下而起沟，在低速重载下，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可能产生胶合破坏。
5 断裂
(1)疲劳断裂:它是由于循环弯曲应力超过材料的极限应力。这种应力可能由于齿根结构、超负荷、角度误差或由于缺口、齿面的缺陷导致突然的应力增高，在加载侧出现裂纹。通常在齿面边缘的圆角上而发展到沿整个齿根或者沿对角线斜上横过全齿的整齿断裂。如，某煤矿综采面使用的中双链刮板输送机的传动齿轮，下井只用几个月就陆续发生三轴齿轮、一轴圆弧伞齿轮断齿事故。主要原因是选材不当(30 CrMnTi 钢)。
(2)磨损断裂:由于严重点蚀、剥落或严重的磨料性磨损等严重磨
损，使轮齿的强度降低到轮齿断裂极限以下，造成轮齿断裂。
(3)超负荷断裂:由于突然的冲击负荷，在齿面的一个端角度误差处造成载荷集中;也可能由于轴承的损坏、轴的弯曲或较大的外部零件进入啮合使轮齿楔住，而造成轮齿断裂。
(4)淬裂:它是由于热处理形成过高的内应力，是疲劳断裂的起源点。外观呈细丝状裂纹，断纹的初始部分会氧化变色。
(5)磨削裂纹:由于机加工齿轮磨削的方法不当或热处理方法不当，在齿面产生细的裂纹，呈网状形，也是疲劳断裂的起源点。
齿轮失效的原因是多方面的，有设计方面的原因，制造加工方面
，安装使用方面等，避免违章操作机械超负荷运转，超过齿轮的承载
能力，才能从根本上提高煤矿机械齿轮的使用寿命。
参考文献:
【1】赵雄. 采煤机械传动齿轮失效问题研究[J]. 科技创新导报. 2009(29)
【2】胡延平. 煤矿机械传动齿轮失效形式分析及改进措施[J]. 江西煤炭科技. 2010(03)
【3】 蔚海文. 煤矿机械传动齿轮失效形式及对措[J]. 山西焦煤科技. 2011(04)
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