齿轮的失效原因及修复方法

第6期(总第151期)

2008年12月机械工程与自动化

M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &　AU TOM A T I ON N o 16

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文章编号:167226413(2008)0620189202

齿轮的失效原因及修复方法

陈宝红

(阳泉煤业集团职工教育培训中心,山西　阳泉　045008)

摘要:分析了在实际应用中齿轮失效的原因及预防措施,并阐述了齿轮断齿后可用堆焊方法进行修复。关键词:齿轮;失效;修复

中图分类号:TH 132141 文献标识码:A

收稿日期:2008204223;修回日期:2008207211

作者简介:陈宝红(19712),女,山西阳泉人,工程师,本科。

0　引言

在实际应用中齿轮的失效将直接影响着机械传动,从而影响整个生产过程。齿轮的失效主要发生在轮齿部分(轮缘),主要形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和塑性变形等。而在实际使用过程中,这些失效均可通过有效的措施得到预防,且轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损等可通过适当的修复使齿轮得以重新使用。从而既能保证设备的正常运行,又可为企业节省大量的费用,具有显著的经济效益。1　齿轮失效形式的分析及预防措施

分析齿轮的失效,首先要清楚轮齿的啮合工作情况(见图1),当主动齿轮受到转矩作用回转时将受到法向压力F n 和摩擦力F m (F m =f F n ,f 为摩擦系数)的作用。在力F n 的作用下,主动齿轮工作面将产生接触应力ΡH ,齿根将产生弯曲应力ΡF 。齿轮啮合时才受力,离开啮合位置时不受力,所以F n 引起的应力ΡH 和ΡF 都是变化的。轮齿失效的主要原因是受交变应力的影响,轮齿的折断与弯曲应力ΡF 的大小有关,齿面点蚀与接触应力ΡH 的大小有关,齿面的磨损和胶合与齿面间的摩擦力F m 有关。以下就针对齿轮的失效形式进行分析并提出相应的预防措施。

111　轮齿折断的原因及预防措施

轮齿折断一般发生在轮齿根部,究其原因是轮齿受载后齿根弯曲应力ΡF 最大,

且易产生应力集中。预防措施是在使用中要尽量避免齿轮严重过载或受冲击作用。

112　齿面点蚀的原因及预防措施

轮齿在节圆附近因交变应力而受到很大的油压,从而产生接触疲劳。其预防措施是加强润滑,提高润

滑油的黏度,降低齿面的表面粗糙度。

齿面点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动常见的失效形式,对于开式齿轮传动,由于齿面磨损很快,很少出现点蚀。

图1　轮齿啮合工作情况

113　齿面磨损的原因及预防措施

砂粒、金属屑等外界硬微粒进入啮合面造成了齿面磨损,它是开式齿轮传动失效的主要形式。预防措施是加强润滑,最好选用具有过滤的流动润滑,注意勤换润滑油;对于开式齿轮最好加齿轮外罩。114　齿面胶合的原因及预防措施

高速重载、散热不良、滑动速度大、齿面粘连后撕脱是齿面胶合的主要原因。预防措施是使用抗胶合能力强的润滑油。

2　齿轮失效后的修复方法

在实际使用过程中,最常见的齿轮失效形式是齿面磨损和轮齿折断,这两种失效形式都可用手工电弧堆焊的方法进行修复。根据轮齿的使用要求,应使齿

面具有较高的抗点蚀、抗胶合、抗磨损和抗塑性变形的能力,且齿根要有较高的抗折断及抗冲击的能力。因此,对齿轮修复后的要求是:齿面要硬,齿芯要韧,具有良好的加工性和热处理性。具体修复方法如下:

(1)选择堆焊焊条。焊条必须满足焊件的工作条件,如磨损类型、工作温度及介质等,并且还要考虑焊接性、堆焊层的加工性及经济性,不能单从硬度的高低来选用堆焊焊条。

(2)用砂轮将齿轮底面修磨好,不允许有任何裂纹存在,然后用钢丝刷刷净待焊接表面及附近区域,并将油污处理干净。

(3)用氧乙炔焰缓慢加热待堆焊部位及其周围,预热到250℃～300℃,以防止堆焊时产生裂纹,堆焊应在室内无风处进行。

(4)选用碳钢焊条或低合金钢焊条或不锈钢焊条堆焊齿部(即齿芯),焊前焊条按规定温度、时间进行烘干。一般来说酸性焊条需在150℃烘焙015h～110h,碱性焊条需在250℃～350℃烘焙1h～2h。焊接时由齿根部开始,多道多层向上堆焊,每道焊缝的焊接方向相反,要先焊中间再焊四周

,这样中间的焊接热量对原齿的表面淬火层起到一个退火作用,

从而可减少产

生裂纹的倾向。齿轮轮齿的堆焊属于大面积堆焊,所

以采用短弧焊时,要分层排布,各层间的引弧、熄弧

等的接头处应错开,并应避免收弧点落在边缘上,且

第2条焊缝压住且熔化第1条焊缝的1 3宽度(见图

2)。焊完一层后清渣,这样母材熔化较少,但是要控

制层间温度在200℃左右,以防止层间过热。堆焊层表

面应尽量平滑,弧坑要填满,以防止产生弧坑微裂纹。

在焊接时要采用左右摆动的运条方法(见图3),这样能

够减少夹渣及其它缺陷,熔池金属不致过热,焊波细

致。

图2　焊道压接法

图3　运条方法

(5)选用耐磨焊条时,焊前焊条要按规定烘干。

用耐磨焊条在齿芯层外堆焊出2mm～5mm的齿面层,

一定要连续堆焊完成。焊后的齿面要防止凹凸不平,以

减少修磨齿形的工作量。

(6)焊后立即用石棉布等盖严堆焊部位,使其缓

慢冷却,以防止产生开裂和剥离现象。

(7)用砂轮对堆焊齿部仔细修磨成齿形,获得需

要的尺寸和表面粗糙度后即可投入运行。

3　断齿修复后齿轮的特点

由于是采用了碳钢焊条或低合金钢焊条或不锈钢

焊条堆焊成齿芯层,故该层具有良好的韧性和塑性,可

以保证齿轮断齿修复处的承载能力,抗冲击性能好;采

用耐磨焊条堆焊了轮齿表面,从而保证了修复齿具有

了良好的耐磨性;修复的齿轮具有寿命长、成本低等

优点。

4　结束语

从实际操作出发介绍了日常齿轮失效的原因及预

防措施,又阐述了堆焊对断齿的修复,从而保证了设

备的正常运行,并节约了资金,降低了成本,可为企

业带来一定的经济效益。

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Fa ilure Reason and Repa ir M ethod of Gears

CHEN Bao-hong

(Emp loyee2educati on2center of Yangquan Coal Industy(Group)Co.L td.,Yangquan045008,Ch ina)

Abstract:T h is paper analyzed the reason fo r gear failure and p rovided som e m easures to i m p rove the service life of gears.

Key words:gear;failure;repair

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