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減速機齒輪點蝕產生原因分析及應對措施
時間:2020-09-07 09:06:01

減速機在使用過程中最常見的損壞形式。是攪拌機的重要組成部分,齒輪是減速機的心臟,齒輪損壞是減速機失效的主要原因之一,齒輪損壞形式有:齒面點蝕、輪齒折斷、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性流動等。在減速機的使用過程中,齒輪點蝕是減速機最常見的損壞形式,減速機齒輪點蝕嚴重會造成設備運行振動大, 油溫升高,加劇軸承磨損,以至減速機使用2-3年就需要進行大修。通過對事業部2016年度仕高瑪減速機維修統計 ??梢钥闯鰧τ谑烁攥敂嚢铏C減速機而言, 齒面點蝕是減速機在使用過程中最常見的損壞形式。

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1 齒輪點蝕機理

1.1 點蝕概念

一對齒輪嚙合時,兩齒面之間在接觸處產生循環變化的接觸應力( 見圖1 ) ,如果這種接觸應力超過齒面材料的接觸疲勞極限時,齒輪工作一定時間以后, 在齒面表層內部就會出現微觀的疲勞裂紋, 隨著這種裂紋的蔓延與擴展, 齒面金屬表層將產生片狀剝落而形成麻坑( 見圖2 ) , 這種現象稱為點蝕[ 1 ] 。當點蝕出現以后,齒面的承載面積迅速減少,并使接觸應力急劇增大,不僅加劇了齒面的疲勞破壞, 同時也破壞了齒面嚙合的正確性,引起相當大的動負荷,最終導致齒輪齒面的大片剝落而報廢。

1.2 點蝕機理及過程

齒面點蝕屬于表面疲勞磨損,是指齒輪嚙合時,輪齒衰面在交變應力作用下,產生裂紋和分離出微片而破壞的結果。根據克拉盞里斯基的磨損疲勞理論, 點蝕的基本機理是:由于表面粗糙度和波紋度的存在,兩個齒面的表面接觸是不連續的;磨損是由于實際接觸區的局部變形和局部應力而發生的材料機械破壞過程;摩擦表面某些部分的材料疲勞破壞將取決于接觸區所承受的交變載荷。點蝕過程是由三個發展階段所組成的。一是面的相互作用;二是在摩擦力的影響下,接觸材料表層性質的變化;三是表面的破壞和磨損徽粒的脫落。表面相互作用是這三個發展階段中最重要的階段,同時必須考慮到相互作用的雙重特性和接觸的不連續性。

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2 點蝕產生的原因及應對措施

2.1 減速機制造、裝配精度的影響

減速機的早期點蝕原因之一是由于裝配精度低,造成齒輪接觸面積減小局部超負荷, 使實際接觸應力大大超過齒輪材料的許用接觸應力, 這是由于該齒輪副的兩中心線不平行或交叉偏差過大和齒輪加工時齒向誤差過大造成的。而齒輪材料的和熱處理硬度選擇不當, 造成齒面硬度偏低, 滿足不了運行需要, 也是造成點蝕的一個重要原因。

2.2 安裝精度的影響

在減速機和電機安裝后軸對中不合規范要求, 造成電機聯軸器和減速機輸入端聯軸器不同心, 造成減速機輸入端齒輪受力不均, 一側傳動齒輪超負荷受力, 引起齒面點蝕, 造成減速機齒輪損壞失效。

2.3 載荷的影響

攪拌設備減速機載荷主要來源有兩個:一是載荷主要來源于攪拌、槳葉載荷, 釜內介質密度過大、液位過高都會造成攪拌載荷增大, 引起齒輪點蝕;二是傳動軸系振動引起載荷增大, 由于軸承與軸承孔配合間隙變大、傳動軸承剛度等原因, 引起軸系不正常振動,產生齒面點蝕。

2.4 潤滑油的影響

潤滑油能減少機械傳動中的磨損, 減震、潤滑、提高設備預期壽命。因此在日常的齒輪維護中, 創造良好的潤滑條件, 采用合理的潤滑技術減少和降低齒輪齒面點蝕磨損等損傷是現場技術人員必須關注的課題[ 3 ] 。

2.4.1 潤滑油油質的影響

齒輪產生齒面點蝕的首要條件是有微裂紋. 然后在工作過程中多次重復受載, 裂紋不斷擴展, 導致點蝕. 裂紋源是由于機械加工產生于表面, 或材料組織不均勻( 存在夾渣、氣孔和硬質顆粒等) 以及局部剪切應力過大, 產生于表層( 表面下) , 裂紋源反復受載, 裂紋逐漸被拉開, 以至延伸到表面而脫落。潤滑油的粘度對點蝕的影響很大, 工作過程中稀薄的潤滑油比粘稠的潤滑油更易滲透到裂縫中去, 造成裂紋的擴展, 粘度大的潤滑油緩沖吸振性強, 承載能力強。粘度高的潤滑油, 可以減緩沖擊. 延緩裂紋的擴展, 增強齒輪的抗點蝕能力。如果添加低粘度的潤滑油, 極易造成減速機齒輪點蝕。在生產使用經常出現減速機箱體內進水造成潤滑油乳化的現象, 發現減速機進水主要來源是減速機輸入端油封損壞后, 水沿著減速機輸入軸進入齒輪箱, 造成潤滑油乳化變質。使潤滑油的粘度降低,承載能力降低, 造成齒面點蝕。

2.4.2 添加劑的影響

潤滑油添加一定比例的油性劑、極壓添加劑, 會起到降低摩擦, 增大邊界油膜的強度, 可以提高齒輪的抗點蝕能力。但有些添加劑中存有腐蝕性物質, 會導致金屬齒面銹蝕, 從而引發裂紋;添加劑中存在氣泡也會造成齒面點蝕磨損脫落。

2.4.3 油溫的影響

油溫過高會降低潤滑油粘度, 不利于齒輪齒面間的油膜形成, 齒輪嚙合面的潤滑膜變薄, 齒面的承載、抗磨能力降低, 出現點蝕。


3 減少點蝕的措施

( 1 ) 在進行減速機選型時, 根據設備的使用載荷選擇適當的齒輪材料和熱處理硬度, 由專業技術人員對減速機組裝進行監造, 確保齒輪安裝精度, 保證齒輪的接觸精度, 從而減少點蝕。

( 2 ) 攪拌軸安裝時, 嚴格控制攪拌釜機架的找平和攪拌軸的鉛錘度和跳動度, 鉛錘度< L / 1000 , 跳動度<5mm , 減小攪拌系統的跳動和不均勻載荷。

( 3 ) 減速機和電機分段安裝, 減速機和電機、減速機和被帶動設備間嚴格按《機械設備安裝工程施工及驗收通用規范》GB50231 就行設備軸對中找正, 使兩端跳動不超過0 .1mm , 保證減速機安裝精度。

( 4 ) 對于攪拌減速機,合理控制噴膠量,控制釜內物料密度, 穩定釜內液位,減少載荷及降低交變載荷的變化率,從而減少齒輪點蝕。

( 5 ) 合理選擇底部軸承和中間軸承的材質, 將以前的錫青銅和四氟乙烯材質改為四氟乙烯+ 尼龍,減少了軸承和攪拌軸的磨損及時修復軸承及軸承與軸承座間間隙來減少由于振動帶來的減速機載荷增大,以此延長齒輪使用壽命。

( 6 ) 選擇合適粘度的潤滑油,定期對油質抽檢, 出現問題時及時更換。電機與減速機連接處和減速機輸入軸油封壓蓋加密封膠, 防止雨水進入。

( 7 ) 攪拌減速機使用循環水進行冷卻, 循環水中的鈣化物會在內冷管內沉積造成內冷管和換熱器換熱效果差,甚至堵塞造成潤滑油油溫過高, 因此應定期對減速機內冷管進行化學清洗, 保證內冷管的撤熱效果,避免溫度升高引起減速機齒輪點蝕。

( 8 ) 減速機在選擇合適的潤滑油后可適當按照比例混合一些抗磨耐壓的添加劑,增強減速機齒輪的潤滑效果,減少齒輪的點蝕。

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4 結論

仕高瑪減速機齒輪發生點蝕的影響因素較多, 不僅與減速機自身的制造精度, 齒輪材料, 硬度配比有關, 還和減速機、攪拌系統的安裝精度, 載荷分布和冷卻、潤滑有著密切的關系。因此在今后減速機的設備安裝和維護方面, 嚴格按照上述措施進行改進, 降低減速機齒輪點蝕的程度, 延長減速機的使用壽命


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