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工業齒輪常見損傷和潤滑管理

作者:admin 時間:2022-04-14 17:57:20


齒輪損傷的類型多種多樣,包括斷裂、表面疲勞(點蝕、剝落)、塑性流動、擦傷、膠合、腐蝕磨損、燒焦等。為了防止齒輪失效,人們首先會從機械角度考慮問題,如選擇優良的齒輪材料、合理的齒輪設計參數、先進的熱處理技術以及高精度的機加工工藝等,這都是必不可少且行之有效的。

工業齒輪常見損傷和潤滑管理(圖1)

不容忽視的是,合理潤滑對避免、減輕和延緩齒輪失效同樣具有明顯的效果,因此,齒輪潤滑劑被看作是齒輪機構的元件之一。


剝落


剝落機理和點蝕相同,從硬齒面或表面硬化齒面上去除由于熱處理不當而引起的應力或由于次表面裂痕產生的較大金屬屑,形成剝落。它是由材料缺陷、過載或其他使用問題而引起。點蝕、剝落通常被稱為金屬表面疲勞,潤滑油的粘度、種類、添加劑對這種磨損形態均有影響。


黏度對齒輪疲勞壽命影響最大。大多數都認為黏度越大,產生疲勞所需的時間越長。這是由于在滾動接觸中于齒面間介入油膜,則壓力分布就變得平緩;滾動面上的微觀凸凹由于油膜的存在而被覆蓋;對外部的負荷變化有緩沖作用等原因引起的。


潤滑油種類不同,對滾動疲勞的產生有相當大的影響,如同一黏度的環烷基油比石蠟基油產生疲勞所需的時間要長。另外分子結構與壽命的有關系,即黏度相同的油,分子中環數越多者,使用壽命越長。


潤滑劑分子極性和活性增大,一般有縮短滾動疲勞壽命的作用,例如,同醇中的OH(羥基)被極性強的COOH(羧基)取代,則疲勞壽命降低1/4;酯比羧酸和醇的壽命長。這些都是由于化學表面活性不同對裂紋的產生和發展影響不同的原因。


添加劑的影響很復雜,在不同條件下結果不一致。用滾動四球機研究的結果表明,添加二丁基亞磷酸酯和氯化石蠟則壽命降低,而加元素硫則壽命延長。


添加劑種類和添加量不同,對壽命影響有相當大的差別。硫化萜烯和二烷基二硫代磷酸鋅添加2%左右時能顯著提高疲勞壽命。但添加量再增加,延長壽命的作用逐漸變小;而當到某一添加量以后,壽命反而降低。



塑性流動


這是由于重載而使表面應力超過齒輪材料的彈性極限而引起輪齒表面變形。通常在較軟材料中出現這種情況,表面材料可能沿齒端面和齒頂擠壓,最后在齒面上形成毛刺。節線起皺突起或齒根凹陷也屬于這個范疇。


如果這類破壞現象是由強烈振動或沖擊載荷引起的話,則高粘度潤滑劑有緩沖載荷的作用,但僅靠改變潤滑劑不能解決這類問題。


擦傷


這是磨料磨損的一種類型,當硬顆粒尺寸大于隔開輪齒表面的油膜厚度,并進入齒輪嚙合區域時,齒表面在滑動方向就會出現擦傷,這些顆粒可能是灰塵、沙、鑄造氧化皮、齒輪或軸承材料或任何其它磨屑,以各種方式進入潤滑系統。


上述這些雜質可以在空氣中并通過密封不嚴的罩或敞開的檢視孔進入,也可能是沒有認真清洗箱體或旋轉零件而混入雜質造成;磨屑也可能是齒輪磨損的產物,通過實驗分析可指出這些顆粒材料的類型。


加大潤滑劑粘度能提高油膜厚度,這樣能減輕擦傷,但不能根治它。最好的解決辦法是對乳化劑進行精密的過濾和改善維護條件等以除掉磨粒。一旦這些問題得以解決,齒輪表面的損傷也將會停止。



膠合


膠合是油膜被破壞而引起的金屬熔融后產生的損傷。膠合程度輕的是在油滑動方向有撕裂的痕跡,嚴重的是齒面的損壞,不能繼續使用。易引起膠合的部位是嚙合面的開始和終止處,即減速時在小齒輪齒根和大齒輪的齒頂,或小齒輪的齒頂和大齒輪齒根。這是因為這些地方滑移速度大,而且嚙合開始時一般有很大的力。關于產生膠合的條件有負荷、滑移速度、摩擦系數、材質、制造誤差、應力集中和潤滑油等多種因素,非常復雜。


熱比機械力更容易削弱油膜強度。齒輪負荷中相當大的部分是以邊界摩擦傳遞的,所以負荷和速度增加,接觸部分的發熱也增加,膠合的危險性大。接觸部分的發熱與pυT成比例(p是最大接觸應力,υ是齒面相對滑移速度,T為節點到嚙合的距離)。齒面嚙合的瞬間可以達到相當高的溫度,接觸點油膜破裂是由于這種高溫引起的。


黏度對膠合有較大的影響。油的黏度高難以引起擦傷,因為黏度越高,油膜越易形成,油膜也越厚,使負荷在流體潤滑領域中的比例就大。這就是黏度大的油具有抗膠合性能好的原因。


潤滑油種類和添加劑對膠合的影響很大,極壓油比非極壓油抗膠合性好得多。極壓添加劑也因其種類不同和往油中添加量不同而異,一般添加量大的,抗膠合性好。不同抗極壓水平的油其抗膠合性不同。抗極壓水平高的油抗膠合性好。極壓劑添加量越多,齒輪油抗擦傷性能越好。


油量和潤滑方法對膠合亦有較大影響。在齒輪嚙合區油量供應不足時,引起齒輪發熱,抗膠合性能下降。隨著油量的增加,抗膠合負荷增加,循環噴油比油浴潤滑好。


腐蝕磨損


輕微點蝕或齒表面生銹或暴露的無油漆的金屬表面會出現腐蝕和腐蝕磨損。腐蝕可能由于油中的冷凝水或者熱交換器中漏出的水而引起;也可能由于潤滑油中的酸或腐蝕添加劑而引起的。


某些潤滑油添加劑可以防止齒輪表面生銹,從而達到防止腐蝕的作用。另外一些則是阻止油氧化而生成酸。如果知道產生腐蝕的原因來自外部,還是可以糾正的。


燒焦


如果齒輪的齒遭受強熱,材料硬度將降低。軟化的材料將迅速被去除,因為它不能承受相應負荷。


這種現象的特點是齒輪表面由于溫度高而使其變色,如果熱源來自外部,就必須予以糾正,如果是摩擦問題,則要重新考慮潤滑劑類型和潤滑方法。



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