机械传动齿轮失效的诊断与检修

一、齿轮失效的常见形式

1.齿面疲劳点蚀

齿轮轮齿在交变应力的作用下，当循环次数超过某一极限时，工作齿面便会产生微小的疲劳裂纹。如果裂缝内渗入了油，在另一齿轮的挤压下，封闭在裂缝内的油压会急剧升高，加速裂纹的扩展，最终导致表面层上小块金属的剥落，形成小坑，这种现象称为疲劳点蚀。

2.齿面磨损

磨损是轮齿在啮合传动过程中，轮齿接触表面上的材料摩擦损耗的现象。主要发生在开式传动中的轮齿齿顶边缘和齿根过渡曲线部位。在闭式传动中，油不洁也可能发生。

3.齿面胶合

在重载传动中，由于不当或散热不良等造成两齿轮工作齿面发生金属表面直接接触并相互粘连，较软齿面上的金属被撕下来形成伤痕的现象。

4.塑性变形

在过大的应力作用下，轮齿材料因屈服产生塑性流动而形成齿面或齿体的塑性变形。在较大载荷和摩擦力的作用下会产生。

5.轮齿折断

是指轮齿的一个或多个齿的整体或其局部的断裂。通常有疲劳折断和过载折断两种。一般由于在载荷的反复作用下，齿根弯曲应力超过允许限度时，发生疲劳折断；用脆性材料制成的齿轮，因短时过载、冲击发生突然断裂。

二、齿轮失效的诊断方法

1.简易诊断法

一对齿轮啮合传动时，某一轮齿进入啮合到退出啮合的时间，称为啮合周期。啮合周期的倒数则为啮合频率，用ƒm表示，其表达式为

式中 Z1――小齿轮齿数；

Z2――大齿轮齿数；

n1――小齿轮的转数(r/min)；

n2――大齿轮的转数(r/min)。

简易诊断就是通过传感器对运动齿轮的引出端，如普通减速器的轴承座盖等监测部位进行振动监测，并对监测测得的噪声谱进行技术分析，从而对齿轮进行诊断。

诊断时，如果轴承座在机壳内部，则可选择轴承座附近刚度好的部位，或测量基础的振动。为了保持每次测定的部位不变，可以在测定位置作出记号。如果测定部位要排在钢铁件上，测定部位的表面应是光滑的。同时，应尽可能地沿水平、垂直、轴向三个方向进行测定。

诊断的齿轮转速可在l00r/min以上。简易诊断的项目主要是齿轮的偏心、齿距误差、齿形误差、齿面磨损、齿根部较大的裂纹等。

这里应注意的是，齿轮的种类各不相同，因此，不要只用一种方法进行诊断，而是要考虑用两种方法同时

诊断。

2.精密诊断法

齿轮诊断监测的振谱是各具特点的，其中，啮合频率ƒm在故障诊断中有着重要意义。各类故障在频域中的显示特点可作精密诊断时的参考：

（1）当齿轮磨损时，啮合频率ƒm及其谐频分量保持不变，但幅值大小会有所变化，高次频率分量的幅值将明显增大。

（2）当齿廓有变形或齿根有裂纹时，ƒm幅值变大，其谐频分量也增加。

（3）当齿轮中出现断齿时．由于断齿间隔影响了与齿数有关的啮合周期，从而影响了ƒo、ƒm及其频率分量的变化(ƒo为固有频率)。

（4）当齿轮轴出现平衡不准、对中性不好和松动的缺陷时，将出现ƒo的低次谐波。

（5）齿轮有制造误差，将出现一个特定的转频谐波。

（6）当齿圈有偏心时，除振幅增大外，将出现以与偏心有关的ƒo、ƒm为高频的调幅信号。

（7）当齿轮有角速度波动时，由于ω=2πƒ，则出现调频现象。

上述内容是齿轮精密诊断的重要依据，再根据客观的使用情况，辅以检测仪器，从而得出较为客观的诊断。

三、齿轮的检修

如何通过检修来判断齿轮是否报废呢？不同的机构有不同的报废标准，这里只从常用运行机构中啮合齿轮的不同失效形式来论述。具体检修判断为：一是齿轮凡具有裂纹或轮齿断裂时，则为报废齿轮。二是齿面的点蚀损坏达到啮合齿面的30%，且深度达到原齿厚的10%；或点蚀面积沿齿宽、齿高超过60%则应报废。三是齿轮的磨损，对于不同的机构就有不同的标准要求。提升机构受力较大，安全系数要求高，齿轮磨损其齿厚不应小于原齿厚的80%；一般运行机构齿轮磨损不应小于原齿齿厚的60%，如超过则应报废，重新更换齿轮。四是齿轮的胶合一般在低速重载的传动中出现，为防止胶合，应采用高粘度的油，或适当提高齿面的硬度和减小齿面的表面粗糙度值。在机构中加入齿轮油不仅对抗胶合有特效，对抗磨损和点蚀也都有较好的效果。

对于齿轮的失效一般不采用修理的方法，而是控制在一定的报废标准，超过标准则应更换。

（作者单位：济宁市技师学院）