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1齒輪失效原因分析

1.1設計方面

對煤礦機械而言，其基本采用低速重載齒輪，此外，煤礦機械的工作條件以及工作環境都欠佳。煤礦機械結合自身長遠的發展，對齒輪提出了相應的要求，然而，這都是齒輪設計工作還無法達到的。現實中齒輪的相關參數與技術指標，還無法完全適用于煤礦機械，即該類齒輪無法勝任煤礦機械的要求。此外，部分齒輪零件指標、運算方式、準則等還有待提高與統一。就像齒輪的某些指標，如接觸疲勞強度等，對該強度的剖析運算模式依舊采用過去的Hertz公式，該公式指的是，測試樣品在經受交變應力的前提下，根據其斷裂循環次數，最終經分析而形成S－N曲線。疲勞設計以該曲線為根據，但是，現實中會有許多相關因素的干擾，這將導致試樣和產品的表面質量存有質的區別。

1.2制造加工方面

在制造加工方面也有一定的問題，如制造出來的齒輪質量無法達到相應的參數與技術指標。在制造大齒輪的時候，成品可能存有許多方面的缺陷，如砂眼、化學成分偏析以及氣孔等。鍛造比是齒輪鍛造時需要十分注意的問題，因為其直接關系到材質的性能。此外，沒有對產品進行恰到好處的熱處理，齒面硬度也由于調質處理方面的欠缺，使產品無法達到相應的設計標準，如一些成品的硬度只有HB17O～HB2O0上下的水平。對齒輪進行淬火處理時，由于其齒面并沒有統一的硬度且淬硬層不深，這將導致淬火裂紋，同時存有一定的內應力。就采掘機械來說，其采用的齒輪普遍具有以下特點：一是滲碳層不深，不同部位的硬度差別大；二是加工精度欠佳，在加工較大模數齒輪的時候，會有齒形超差與徑向跳動的情況產生，此外，齒面的粗糙水平超出了有關標準，這些因素的綜合作用將令齒輪的接觸精度降低；另一方面，其對齒輪的使用年限與承載性能也有較大的影響。

1.3安裝使用方面

大部分的煤礦現場都欠缺完善的機械安裝準則與技術，其極大程度地依賴于經驗施工。此外，測量儀器有所欠缺，這就無法實現安裝質量的平穩，從技術層次來看，齒輪的安裝情況不容樂觀，其體現在齒輪接觸面積、軸中心線、中心距、水平度和輪齒嚙合間隙等方面。新的齒輪安裝以后，因為無法最大限度地實現跑合，此外，因為時間有限，跑合趨于表面流程，即倘若有運行的聲響，就可以拿來運用了，不能實現跑合的規范與目的，沒有對齒輪與減速箱進行規定時間間隔的清潔，造成潤滑油脂的使用與選取不當以及缺油等。如采掘機械，經常有雜質、煤粉等物質進入該機械的減速器內，一些違規操作使機械運行功率超過了限額，齒輪無法承受更大的力矩。

2改進途徑

2.1設計方面

在限定煤礦機械齒輪大小與形狀的前提下，怎樣提升該機械的使用年限以及增加其強度，這是令許多學者與工人困擾的難題。改進齒輪對煤礦機械，尤其是采掘運輸機械來說，顯得非常重要。采掘運輸機械由于自身的工作特點，造成了其齒輪要有巨大的承載能力與足夠強的抵抗沖擊載荷的能力，如該齒輪要經受住1600MPa的接觸耐久性極限強度，1200MPa的彎曲極限應力強度。因此，齒輪設計所需的技術含量逐步提升，如何優化設計齒輪顯得尤為關鍵。關于優化設計，其涵蓋了優化選材、先進的加工技術、載荷的精準運算、提高齒輪表層光潔水平、有效的潤滑參數、優化齒形結構、強度計算公式的修正以及提升整體化、標準化水平等內容。

2.2選擇材料方面

選取材料來制作齒輪的時候，先得合理分析該材料是否能滿足相關的工藝指標以及強度要求等。借鑒工業水平先進的其他國家并與自身實際情況相結合，得出我國可以選用低碳合金滲碳鋼來當作制造齒輪的材料。倘若齒輪要經受沖擊與承載，那么應該選取含有鎳元素的鋼材，該類鋼材的成分基本為Ni-Cr－Mo與Ni－Cr的合金滲碳鋼；倘若齒輪所需承載的負荷沒有太大的波動，或者是模數與功率都不大的齒輪，其選用的材料可以是無Ni－Mn鋼。該類滲碳合金鋼都具有較低的碳含量，其均值不超過0．2%，在材料所含有的化學元素中，Ni可以增加鋼的韌性，Cr可以使鋼在耐磨與淬透這兩方面的性能得到提升，而Mo、Mn都可以提升鋼的淬透性。要探究與開發出具有良好淬透性的滲碳齒輪鋼，其淬透性比較緊密，能夠實現其在不發生較大變形的前提下而生成一定的芯部硬度。要盡可能采用冶金性能優越的質量好的電渣重熔合金鋼以及真空脫氣精煉鋼，該類材料含有的雜質少，整體致密度比較良好，韌性與塑性也相當優越。此外，其還在一定程度降低了機械性能，提升了各向同性水準。選取該類材料來制造齒輪，其性能會超出一般齒輪，就像在齒輪極限負荷與接觸疲勞壽命方面，特殊材質的齒輪性能會比一般齒輪強數倍甚至數10倍。

2.3加工工藝方面

對滾輪進行機械加工的時候，不可將精、粗滾工序混在一起，而是應該分別處理，即在滾刀作用下進行粗切應放在前面的工序，接著進行精滾齒，該過程是為了確保滾刀能有較小的誤差，此外，該過程應用的工具是專用滾刀，對于切齒的深度，要求精確在零位左后。此外，切齒深度是通過百分表來調控的，該過程所使用的精滾齒滾刀，其齒形有相應的要求，即誤差要在0.03mm以下。通常情況下，齒形加工不得低于9級精度。對齒輪的齒面也有相應要求，如其粗糙度要達到一定的標準，對齒輪進行打磨之后，緊接著進行拋光工序，通常情況下，使用的是振動拋光或者是電拋光，該工序能夠提升表面粗糙度，倘若表面粗糙度不夠良好，那么該齒輪的使用年限要比粗糙度優越的齒輪壽命少18倍左右。

2.4熱處理方面

齒輪芯部過渡區至表層的剪切強度與其表面硬度，這兩方面直接與煤礦機械齒輪的承載能力相掛鉤。倘若要提升該類齒輪的硬度，最有效的方式就是采用深層滲碳淬火，該方法能夠使齒輪芯部的硬度得到相當大的提升。此外，其還可以使齒輪的硬化層達到足夠的深度，且在過渡區也不會有過大的殘余拉應力。齒輪表面的碳含量也有相應的指標，通常情況下，要求在0.8%~1%這個區間，此外，齒輪內部到表層的硬度要逐步過渡，不能有較大的跨度。回火以及淬火都是滲碳齒輪要經歷的工序，這些工序能夠讓齒輪表層有HRC58～62的硬度，并能在一定程度上降低甚至消除齒輪內存有的殘余內應力。氮、碳共滲工藝具有突出的優點，在進行該工藝的時候要對氮量進行一定的調控，即其滲人深度應小于0.2mm，這不僅有壓應力生成，且可以令表層得到硬化。經該工序處理的齒輪要比普通滲碳齒輪性能優越很多。由于人工時效處理通常會安排在熱處理之后，以進一步提升成品性能。

2.5表面強化處理

在一般情況下，齒輪最后經受的一道工序就是齒根與齒面的噴丸強化處理，磨齒以及滲碳淬火工序一般在該工序之前進行。當齒輪表層經受細微型的球形彈丸的沖擊時，在齒輪次表層就會有一薄層出現，且該薄層具有相當高的殘余壓應力，這使齒輪的接觸疲勞強度提升了數10倍，齒根彎曲疲勞強度也得到緩解，這有助于抑制裂紋延展。該工序可以提升齒輪的潤滑性能；可以提高齒輪的沖擊抵抗能力；能夠消除齒輪由于加工所導致的表面缺陷以及相關應力；可以降低點蝕，提升齒輪的耐久性能。通過相關資料可知，沒有經過噴丸處理的齒輪，其使用壽命要比經噴丸處理的齒輪短近6倍。

3結語

我國常見的煤礦機械設備事故已經成為妨礙我國煤礦挖掘和運輸的重要因素，其中傳動齒輪失效是造成煤礦機械設備事故的重要誘因。因此，對煤礦機械設備中傳動齒輪失效的形式及原因進行研究，有助于降低煤礦機械設備事故率，保障煤礦從業人員的人身安全。

作者：張金萍單位：白城職業技術學院