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工業(yè)齒輪常見(jiàn)損傷和潤(rùn)滑管理

作者:admin 時(shí)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(diǎn)蝕、剝落)、塑性流動(dòng)、擦傷、膠合、腐蝕磨損、燒焦等。為了防止齒輪失效,人們首先會(huì)從機(jī)械角度考慮問(wèn)題,如選擇優(yōu)良的齒輪材料、合理的齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)、先進(jìn)的熱處理技術(shù)以及高精度的機(jī)加工工藝等,這都是必不可少且行之有效的。

工業(yè)齒輪常見(jiàn)損傷和潤(rùn)滑管理(圖1)

不容忽視的是,合理潤(rùn)滑對(duì)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(rùn)滑劑被看作是齒輪機(jī)構(gòu)的元件之一。


剝落


剝落機(jī)理和點(diǎn)蝕相同,從硬齒面或表面硬化齒面上去除由于熱處理不當(dāng)而引起的應(yīng)力或由于次表面裂痕產(chǎn)生的較大金屬屑,形成剝落。它是由材料缺陷、過(guò)載或其他使用問(wèn)題而引起。點(diǎn)蝕、剝落通常被稱為金屬表面疲勞,潤(rùn)滑油的粘度、種類、添加劑對(duì)這種磨損形態(tài)均有影響。


黏度對(duì)齒輪疲勞壽命影響最大。大多數(shù)都認(rèn)為黏度越大,產(chǎn)生疲勞所需的時(shí)間越長(zhǎng)。這是由于在滾動(dòng)接觸中于齒面間介入油膜,則壓力分布就變得平緩;滾動(dòng)面上的微觀凸凹由于油膜的存在而被覆蓋;對(duì)外部的負(fù)荷變化有緩沖作用等原因引起的。


潤(rùn)滑油種類不同,對(duì)滾動(dòng)疲勞的產(chǎn)生有相當(dāng)大的影響,如同一黏度的環(huán)烷基油比石蠟基油產(chǎn)生疲勞所需的時(shí)間要長(zhǎng)。另外分子結(jié)構(gòu)與壽命的有關(guān)系,即黏度相同的油,分子中環(huán)數(shù)越多者,使用壽命越長(zhǎng)。


潤(rùn)滑劑分子極性和活性增大,一般有縮短滾動(dòng)疲勞壽命的作用,例如,同醇中的OH(羥基)被極性強(qiáng)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(zhǎng)。這些都是由于化學(xué)表面活性不同對(duì)裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展影響不同的原因。


添加劑的影響很復(fù)雜,在不同條件下結(jié)果不一致。用滾動(dòng)四球機(jī)研究的結(jié)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(zhǎng)。


添加劑種類和添加量不同,對(duì)壽命影響有相當(dāng)大的差別。硫化萜烯和二烷基二硫代磷酸鋅添加2%左右時(shí)能顯著提高疲勞壽命。但添加量再增加,延長(zhǎng)壽命的作用逐漸變??;而當(dāng)?shù)侥骋惶砑恿恳院?,壽命反而降低?/p>



塑性流動(dòng)


這是由于重載而使表面應(yīng)力超過(guò)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(xiàn)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(jié)線起皺突起或齒根凹陷也屬于這個(gè)范疇。


如果這類破壞現(xiàn)象是由強(qiáng)烈振動(dòng)或沖擊載荷引起的話,則高粘度潤(rùn)滑劑有緩沖載荷的作用,但僅靠改變潤(rùn)滑劑不能解決這類問(wèn)題。


擦傷


這是磨料磨損的一種類型,當(dāng)硬顆粒尺寸大于隔開(kāi)輪齒表面的油膜厚度,并進(jìn)入齒輪嚙合區(qū)域時(shí),齒表面在滑動(dòng)方向就會(huì)出現(xiàn)擦傷,這些顆??赡苁腔覊m、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(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)。


上述這些雜質(zhì)可以在空氣中并通過(guò)密封不嚴(yán)的罩或敞開(kāi)的檢視孔進(jìn)入,也可能是沒(méi)有認(rèn)真清洗箱體或旋轉(zhuǎn)零件而混入雜質(zhì)造成;磨屑也可能是齒輪磨損的產(chǎn)物,通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可指出這些顆粒材料的類型。


加大潤(rùn)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(duì)乳化劑進(jìn)行精密的過(guò)濾和改善維護(hù)條件等以除掉磨粒。一旦這些問(wèn)題得以解決,齒輪表面的損傷也將會(huì)停止。



膠合


膠合是油膜被破壞而引起的金屬熔融后產(chǎn)生的損傷。膠合程度輕的是在油滑動(dòng)方向有撕裂的痕跡,嚴(yán)重的是齒面的損壞,不能繼續(xù)使用。易引起膠合的部位是嚙合面的開(kāi)始和終止處,即減速時(shí)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?yàn)檫@些地方滑移速度大,而且嚙合開(kāi)始時(shí)一般有很大的力。關(guān)于產(chǎn)生膠合的條件有負(fù)荷、滑移速度、摩擦系數(shù)、材質(zhì)、制造誤差、應(yīng)力集中和潤(rùn)滑油等多種因素,非常復(fù)雜。


熱比機(jī)械力更容易削弱油膜強(qiáng)度。齒輪負(fù)荷中相當(dāng)大的部分是以邊界摩擦傳遞的,所以負(fù)荷和速度增加,接觸部分的發(fā)熱也增加,膠合的危險(xiǎn)性大。接觸部分的發(fā)熱與pυT成比例(p是最大接觸應(yīng)力,υ是齒面相對(duì)滑移速度,T為節(jié)點(diǎn)到嚙合的距離)。齒面嚙合的瞬間可以達(dá)到相當(dāng)高的溫度,接觸點(diǎn)油膜破裂是由于這種高溫引起的。


黏度對(duì)膠合有較大的影響。油的黏度高難以引起擦傷,因?yàn)轲ざ仍礁撸湍ぴ揭仔纬?,油膜也越厚,使?fù)荷在流體潤(rùn)滑領(lǐng)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(rùn)滑油種類和添加劑對(duì)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??箻O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(rùn)滑方法對(duì)膠合亦有較大影響。在齒輪嚙合區(qū)油量供應(yīng)不足時(shí),引起齒輪發(fā)熱,抗膠合性能下降。隨著油量的增加,抗膠合負(fù)荷增加,循環(huán)噴油比油浴潤(rùn)滑好。


腐蝕磨損


輕微點(diǎn)蝕或齒表面生銹或暴露的無(wú)油漆的金屬表面會(huì)出現(xiàn)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(rùn)滑油中的酸或腐蝕添加劑而引起的。


某些潤(rùn)滑油添加劑可以防止齒輪表面生銹,從而達(dá)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(chǎn)生腐蝕的原因來(lái)自外部,還是可以糾正的。


燒焦


如果齒輪的齒遭受強(qiáng)熱,材料硬度將降低。軟化的材料將迅速被去除,因?yàn)樗荒艹惺芟鄳?yīng)負(fù)荷。


這種現(xiàn)象的特點(diǎn)是齒輪表面由于溫度高而使其變色,如果熱源來(lái)自外部,就必須予以糾正,如果是摩擦問(wèn)題,則要重新考慮潤(rùn)滑劑類型和潤(rùn)滑方法。



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