机械齿轮比（精选8篇）
机械齿轮比 篇1
随着供电部门对开关的额定电压、额定电流等技术指标要求越来越高, 同时企业为了相应国家节能降耗的号召及降低自身生产制造成本的需要。在设计开关时, 需要设计出经济实用的开关传动结构, 这种结构既要制造简单, 功耗低, 又要满足开关的相关技术指标。本文通过分析在三相机械联动结构中, 常见的传动误差累积问题, 提出一种有效解决传动误差累积的方法。
一直以来, 三相机械联动开关, 以同期性小于3ms, 成为开关传动结构中不可替代的结构形式。而在设计过程中, 三相机械联动结构, 存在传动环节多的问题。而传动环节多, 会造成误差的累积, 最终导致距离动力源越远的相, 同期性越差。
常见的解决方式有三种, 一是控制整个传动结构的传动距离;二是尽量减少传动环节;三是将动力源设置在整个传动结构的中间, 使动力源两侧的边相传动距离、环节数量一致。
但在实际应用过程中, 还会存在因为整体布局, 而改变动力源布置位置, 以及传动环节的问题。
如我公司某型开关, 在样机试制过程中, 发现开关的三相存在严重的不同期问题, 经高压开关机械特性测试仪测量, 开关三相之间相差7ms。
首先依据排除法, 我们对影响开关同期性的因素进行排除, 经过更换高压开关机械特性测试仪进行复测, 和解体检查样机零部件是否有断裂、磨损的情况。我们判断出导致三相同期性差的原因, 是三相机械联动结构中, 传动环节过多, 导致的误差累积。
具体可以从运动简图 (图1、2、3) 中, 可以看出整个开关的触头分合闸运动是一个往返运动过程, 当开关处于合闸状态, 向分闸状态转换时 (图1) , 由于传动误差的累积, 当中间B相已经开始运动, A、C两个边相还未动作 (图2) 。等中间B相已经分闸, A、C两个边相尚未分闸 (图3) 。
而该型开关的设计目标之一, 是方便整体运输。所以在整个开关的设计上, 设计有大量方便脱节的传动结构。
所以我要面对的问题, 是在不减少传动环节和传动距离的基础上, 通过结构改进, 使该型三相机械联动开关的三相同期性小于3ms。
此类问题的常见的解决方式, 是提高零件的加工精度, 对此我们进行了试验, 使该型三相机械联动开关的三相同期性从7ms上升至5ms。勉强能达到合闸的同期性要求, 但是分闸的同期性小于3ms要求达不到。
由此看出现有传动结构, 已经不能满足传动需要, 需要提出一种新的传动结构, 以弥补因传动环节多, 造成的误差累积。
而提出的传动结构, 必须满足以下两点要求, 一是要在满足开关分闸和合闸的同期性要求;二是结构简单, 由于开关的传动系统空间尺寸小, 所以不可能像机床那样增加复杂的补偿装置;
依据高压开关机械特性测试仪的测量结果, 和分析开关的三相触头分合闸的运动过程。我们可以看出, 开关的两个边相触头在整个分闸、合闸运动过程中, 其运动时间、运动速度与中相触头相同, 而其运动行程, 则因为误差的累积, 要比中相触头的运动行程短。
由此分析出, 解决两个边相的运动滞后问题, 如何提高在单位时间内, 两个边相的运动速度, 是采用何种传动结构的关键点。
目前可行的结构有两种, 一种是常见的拐臂传动结构;另一种是齿轮传动结构。而该型开关, 对空间利用率, 以及产品零件的通用性, 都有很高的要求, 所以拐臂结构设计之初, 就被被否决掉。
这主要是因为采用拐臂结构后, 要延长拐臂的长度, 这样在设计拐臂盒时, 要设计出两种不同空间结构的拐臂盒, 不利于降低成本。
而齿轮传动结构, 只需要根据传动距离, 计算出齿轮比, 既可实现解决三相机械联动结构中的误差累积问题。
在计算齿轮比时, 应该以开关中触头的开距为行程距离计算, 而不是触头的行程为基准, 只有这样才能保证三相同期性。
结论
经改进后, 该型开关实现了, 分闸同期性小于3ms, 合闸同期性小于5ms的技术条件。同时在改进过程中, 最大限度地利用了库存零件, 避免设计大量新零件, 这为我公司节约了生产制造成本。
煤矿机械传动齿轮失效形式浅析 篇2
【关键词】齿轮失效；形式；原因；改进措施
随着社会的不断发展，资源的开发面临着更为严峻的形势，对煤矿机械设备的功能要求不断增加，其所承担的动力也不断加强，因此机械设备内部传输动力的齿轮有着更为严格的要求，降低机械传动轮齿失效的概率是需要研究的主要课题之一。
一、齿轮失效的形式及其原因
齿轮失效主要分为五种形式，主要是传动过程中与其他材料相接处挤压和外界环境的影响，为了延长齿轮的使用寿命，我们首先根据齿轮不同的失效形式进行浅要分析。
1.齿轮折断
齿轮在使用过程中常常会出现齿轮折断的现象，齿轮折断直接导致齿轮失效的结果。这种现象经常在轮齿根部折断，这是因为其承担了自身难以承担的动力或重物；也有可能因为过度的使用导致齿轮疲劳过度，从而造成轮齿的折断。
2.齿面点蚀
齿面点蚀是导致齿轮失效的常见形式之一。齿面点蚀是因为齿轮长期过度的运转，有没有做到很好的护养和定前检查，就会在轮齿表面出现一些细小的裂纹，这些裂纹严重影响齿轮的承受能力和使用寿命；再加上齿轮运转过程中高压油等因素的挤压，轮齿上的细小裂纹会不断扩大，甚至会造成微小颗粒的脱落，最终导致齿轮不能正常运转，影响设备的正常运转。齿面点蚀的现象，跟齿轮的硬度和使用频率有很大的关联，较软材料制成的齿轮较之硬材料制成的齿轮更容易出现齿面点蚀现象。
3.齿面胶合
齿轮在传输动力或促使机械转动的过程中由于物体之间的相互运动产生的摩擦会产生很高的热量，尤其是在长期不停息的高速重载运转的情况下，高温很有可能将于齿轮接触的金属或其他材料与齿轮表面相融合，造成齿面胶合的现象。这种现象会造成齿轮外形的缺失或变形，从而降低甚至缺失其传递功能。
4.齿面磨损
齿面磨损主要分为两种情况，一种是齿轮在工作状态下，齿轮与接触零件之间的磨合造成的磨损；另一种是机械所处的环境造成，煤矿机械的工作环境本身就存在很多的固体颗粒，这些颗粒会造成齿轮的磨损，齿轮表面的的粗糙度也会影响齿面磨损的程度。
5.齿面塑性变形
齿轮的制作材料并不具备足够的强度，在重载高速的挤压下也会造成齿轮的变形。从动齿和主动齿之间动力的传递，彼此之间都存在力的作用，它们彼此相互挤压，接触的表面很容易造成凹凸不平的表面，这种变形程度足够影响齿轮的正常工作。
三、齿轮的改进
设计者在设计齿轮之时，根据该齿轮在不同场合的运用来确定齿轮所选用的各种材料，更加有利于齿轮在该环境下工作。针对齿轮失效的五种常见的失效现象有特定的应对措施，主要是根据齿轮的工作环境决定齿轮的材料组成和外形结构的设计。例如为了降低齿轮折断的可能性，则需要加强轮齿的抗弯曲强度；为了避免齿面点蚀，则需要提高齿面接触疲劳强度；对于在高速重载环境下工作的齿轮应该将齿面抗胶合能力作为重点设计对象。
1.设计原则
齿轮失效直接影响煤矿机械的正常运转，在煤矿机械中齿轮的大小有一定的规格，在不同的机械设备中一般都有一定的限制，因此设计之初，就是在齿轮大小基本保持不变的条件下加强抗接触疲劳能力、抗弯曲能力和硬度等性能，以提高齿轮的质量和使用寿命。对于煤矿机械所需承担的重量较大，根据强度、载荷、材料、外形、结构齿面粗糙度等多方面的因素，经过精密的计算和先进的技术促使齿轮达到煤矿工作的要求，从根本上提高齿轮的使用寿命。
2.正确操作
工人对于齿轮的正确安装和使用是保证齿轮正常运转的前提。煤矿工作需要承担很大的负载，因此在齿轮安装时和定期检修时都要保证齿轮的承载强度达到煤矿工作的条件。齿轮不仅仅需要考虑到承载能力，还有表面光滑度、轮齿的硬度等多方面都需要达到相关的标准；主动轮和从动轮要合理的结合在一起，避免不必要的磨损，损耗齿轮的寿命；还有就是一定要定期对齿轮进行检修，尽可能避免因齿轮带来的故障导致机械停转。
3.润滑剂的使用
现今，煤矿施工现场中齿轮的运转往往没有使用润滑剂的惯性或者不重视润滑剂的功效。我们应该发挥润滑剂的作用，而不是一知半解的不考虑环境、齿轮型号、机械型号等多种因素就使用一种润滑剂，这种现状不可能达到预期的效果，会缩短齿轮原有的使用寿命、加快磨损效率，从整体上拉低齿轮的功效，影响煤矿机械的工作效率。我们的工作人员应该根据科学理论和实际经验总结出不同型号、季节、工作环境等使用不同的润滑剂，并输入相关的数据库，便于维修时作为参考案例，从而延长齿轮的使用寿命。
4.提高整体的技术设备
齿轮质量的提升最终是为了提高煤矿的工作效率，从而提高生产效益，但是齿轮仅仅是需要提高的一部分，在整个煤矿企业当中，还需要将强机械设备的现今水平和提升管理水平。齿轮的质量也需要煤矿企业管理的监管系统的把关，它需要对于煤矿相关机械、零件的严格监控，保证硬件设备的质量问题；齿轮的作用是机械能的传递，直接作用于煤矿的相关机械，若是机械设备质量不过关或仍是老式的设备，尽管齿轮质量达到先进的水平，也只是鸡肋，起不到任何作用。煤矿企业只有整体水平的提升，才能使各个组成部分相互促进，共同进步。
结束语
综上所述，齿轮的失效主要有五种常见的形式，有的是齿轮本身的质量问题，也有机械问题，还有周遭环境的影响，除此之外也有管理水平问题等多方面主客观的问题。煤矿一直是高危作业，被保险列为特殊行业，其安全性和可靠性都需要极度的加强，小到齿轮的质量问题，再到機械的先进性问题，大到企业管理问题都需要引起足够的重视，甚至是国家的监管等诸多方面，以保证煤矿企业的安全性和经济性，从而推动煤矿企业的进步。
参考文献
[1]胡延平.煤矿机械传动齿轮失效形式分析及改进措施[J].江西煤炭科技，2010（3）
[2]焦钊.采煤机械传动齿轮失效问题研究[J].科技创新与应用，2012（7）
[3]王帆，李杨等.对煤矿机械传动齿轮失效的相关探讨[J].西部资源，2012（2）
机械齿轮加工工艺探讨 篇3
齿轮是指轮缘上有齿能偶连续啮合传递运动和动力的机械元件, 它在机械传动以及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮的历史可以追溯到公元前400年, 我国陕西出土的青铜器齿轮是至今为止发现的最早的齿轮;我国古代科技成就之一的司南车 (又称指南车) 便是以齿轮机构为核心的机械装置;17世纪末, 人们才开始研究能正确传递运动的齿轮形状;18世纪, 欧洲的工业革命带动了齿轮传动的应用与发展, 先是摆线齿轮, 这一技术使得齿轮的平衡性得到了加强, 然后是渐开线齿轮, 至20世纪初, 渐开线齿轮在传动中的应用已占据了优势地位。
二、齿轮的结构和种类
1. 齿轮的结构。
齿轮的结构包括轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆等部分。
2. 齿轮的分类。
按照不同的分类标准, 齿轮可以分为不同的类型。常见的分类标准有齿形、齿轮外形、齿线形状、齿轮所在的表面和制造方法等。
齿轮的齿形有齿廓曲线、压力角、齿高和变位等参数。根据这些参数的不同, 可以将齿轮分为不同的类型。渐开线齿轮比较容易制造, 因而在现代的齿轮使用中所占比例较大;摆线齿轮和圆弧齿轮由于制造困难, 其实际应用范围就小。小压力角齿轮的承载能力小;大压力角齿轮承载能力较高, 但在传递转矩相同的时候, 轴承的负荷会增大, 因此仅用于特殊情况。变位齿轮的优点较多, 已经广泛应用于各类机械设备中。
按齿轮的外形可以将其分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆涡轮等;按齿现外形又可将其分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮等;按其所在的表面又可分为外齿轮、内齿轮等;按制造方法可分为铸造齿轮、切割齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。
三、齿轮加工工艺
1. 渐开线齿轮加工工艺。
渐开线齿轮加工方法有两种, 一种是仿形法, 即用成型铣刀铣出齿轮的齿槽。另一种是范成法, 也称展示法, 展示法又可分为滚齿机滚齿、铣床铣齿、插床插齿、冷打击打齿、刨齿机刨齿、精密铸齿、磨齿机磨齿、压铸机铸齿、剃齿机剃齿等。本文, 笔者主要介绍几种常见的齿轮加工工艺。
(1) 滚齿。滚齿, 又叫滚切齿轮, 是指用齿轮滚刀或蜗轮滚刀按展成法加工而成的齿轮。可以将滚齿看做无啮合间隙的齿轮与齿条的传动。当滚齿旋转一周时, 相当于齿条在法向移动一个刀齿, 滚刀的连续传动, 犹如一个无限长的齿条在连续移动。当滚刀与滚齿坯间严格按照齿轮与齿条的传动比强制啮合传动时, 滚刀刀齿在一系列位置上的包络线就形成了弓箭的渐开线齿形。随着滚刀的垂直进给, 即可滚切出所需的渐开线齿廓。
(2) 插齿。插齿, 是指用插齿刀按展成法或成型法加工内外齿轮或齿条等的齿面而得到的齿轮。从插齿这一过程的工作原理上来分析, 插齿刀相当于一对轴线互相平行的圆柱齿轮相啮合, 插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。它固定在插齿机的主轴上, 主轴有往复运动, 并围绕本身的轴线转动, 插齿刀在每一个工作行程中切去一定的金属, 在范成运动中将轮坯切成所需要的齿形。
(3) 剃齿和磨齿。剃齿和磨齿这两种齿轮的加工方式都属于精加工的范围。剃齿使用剃齿刀对齿轮或涡轮等的吃面进行精加工;磨齿是指用砂轮按展成法或成型法磨削齿轮或齿条等的齿面。剃齿在热处理前进行, 磨齿在热处理后进行。剃齿以平行轴剃齿和对焦剃齿最为常见, 此外, 近几年, 径向剃齿也开始逐渐发展起来。由于径向剃齿制作径向进给运动而省去了轴向或者对焦的进给, 因此大大地提高了剃齿的效率。磨齿作为高精度齿轮的加工手段, 具有重要的地位, 但是与以前相比, 磨削方式发生了很大的转变, 瑞士马格公司的双砂轮磨齿机的磨齿方式已经成为了历史, 取而代之的是蜗杆砂轮磨齿和成形磨齿技术
3. 其他齿轮加工工艺。
除了上述的滚、插、剃、磨这四种主要的齿轮加工工艺外, 还有倒棱、倒角、内齿套零件加工、小模数花键冷轧以及硬面加工等工艺。倒棱是指对钢锭的棱边轻轻锻压, 以清楚棱角的一道加工工序。倒角是指把工件的棱角切削成一定的斜面。内齿套零件加工有两方面要求, 即加工间隔缺块和倒锥齿。小模数花键冷轧工艺的加工方法分为内外两方面, 外花键主要有铣、滚、插、磨等工艺, 内花键主要有插和拉等工艺, 一般模数小于2 mm, 齿形角大于25°的都能轧制。硬齿面加工则除了磨齿和硬齿面滚齿外, 还有车齿、硬剃和珩齿。
四、结论
煤矿机械传动齿轮失效的改进途径 篇4
煤矿机械齿轮, 其较高的弯曲极限应力, 通常应力强度需达1200MP, 如何在保证有限的齿轮组装空间的前提下提高齿轮的强度和使用寿命, 需不断进行科学研究和攻关, 通过采用新型的材料, 优化各参数, 通过优化齿轮的载荷计算方法, 修正齿轮强度的计算方式、选取优异的性能材料、通过先进的设计手段设计齿轮各参数、改用尖端科技来加工和处理工件。
在设计齿轮时需合理选择齿形, 一般来说渐开线齿形由于其具有较小的相对曲率半径, 一般情况下表面强度和弯曲疲劳强度是渐开线齿轮的2倍以上。且具有振动小、噪声低尺寸和重量较小的特点, 因此在齿轮要求较高的情况下应优先选用。
如考虑到工艺装备的限制, 只能采用渐开线齿轮时, 可以通过以下几种方法进行优化:一是可以通过重新搭配模数、螺旋角等参数, 来达到延长使用寿命的目的。二是可现代化的软件模拟设计, 通过齿轮结构方案的类比计算选出最优方案。三是采用大半径齿根过渡角来解决弯曲应力过度集, 从而提高弯曲强度。四是采用高粘度齿轮润滑油对齿轮进行润滑来改善齿轮的工况状态。
2 根据齿轮使用要求合理选材, 提高齿轮物理性能
齿轮材料关系到齿轮的物理机械性能。因此选材尤为重要。我们可以综合参考齿轮的设计强度、韧性要求以及现有工艺装备水平进行合理选材。一般来说, 最好选用低碳合金渗碳钢。用于煤机重载部位的齿轮可采用Ni-Cr或Ni-Cr–Mo等合金渗碳钢材。对于负载平稳且工况负载小的齿轮则可以选用模数较小的齿轮, 这些齿轮可用Ni-Mn钢。Ni元素提高了钢的韧性, 而Mo或Mn则能保证调质时材料具有足够的淬透性能。Cr则增加了材料的耐磨特性。国外已经普遍使用的新型渗碳齿轮钢因具有狭窄的淬透范围, 可以有效降低齿轮热处理变形。同时选取钢材时应注重钢材的致密度, 塑性和韧性。并且锻钢齿轮较铸钢齿轮有更好的机械性能。
3 采用尖端加工工艺保证加工精度, 提高齿轮咬合度
在滚齿这一重要工序中, 一是要将粗、精密滚齿区分开, 以保证齿形精度。齿形加工精度应达到9级精度以上。表面粗和偏载, 提高齿轮的要咬合度, 如果对对齿形进行磨、剃、研可提高15%左右的接触极限应力, 因而可以较大幅度提升齿轮使用寿命, 并达到降低噪音的目的。
4 控制热处理工艺流程, 提高齿轮承载能力
表面硬度可决定煤矿机械齿轮的承载能力。同时这一参数还受齿轮横截面剪应力与剪切强度的比值影响。通常来说, 我们需采用深层渗碳淬火来解决此类问题。这种工艺可以得到高的芯部硬度, 并且表面向深层过渡的残余应力较小。试验证明, 浅层含碳量控制在0.18%~1%为宜。如果采用碳、氮共渗工艺, 可将齿轮强度极限应力提高13%以上。氮的渗入深度一般控制在0.12 mm以内, 通过新工艺可以使齿轮表层产生压应力。热处理后, 合理的油浴人工时效处理可以较好的提高齿轮使用寿命。而且经过表面喷丸处理, 能有效提高疲劳强度, 从而提高齿轮使用寿命。
5 高水平安装, 定期护养, 提高齿轮使用寿命
齿轮的安装是影响齿轮寿命的重要环节之一。我们在组装或者是煤机检修过程中, 齿轮都应做到按照厂家或设计说明书进行, 齿轮轴心线的水平度、平行度、中心距、轴承间隙、齿轮侧隙、顶隙、接触区域或轴向窜动量等要着重测量和观察。齿轮的定期护养同样重要。使用时应适时监测齿轮的工作情况, 通过通过观现场, 听声音, 问情况, 查油量等方法进行诊断。要定期更换油脂, 润滑油, 并定期进行清扫。
润滑是影响齿轮使用寿命的关键因素。针对齿轮工况, 合理选用润滑油种类可有效延长其使用寿命。对齿面应力小的煤机齿轮, 一般应力小于4 000 kg/cm², 应选用机械油、一般齿轮油等。而齿面应力较大, 一般达4 000~6 000 kg/cm2的齿轮, 宜选用工业齿轮油。对于重负荷、多污染的齿轮, 宜选用极压齿轮油。
摘要：上世纪90年代以来, 我国煤矿机械得到长足发展, 煤矿机械越做越大, 其功率成不断增大趋势, 如采煤机的最大功率已经到了3000KW以上, 较20年前增长了10倍.掘进机的功率也在成倍增长, 3000KW功率以上的提升机在国内也不再新鲜。大功率设备需求设备各部件的机械性能大幅提升, 以保证更大的扭矩输出。齿轮作为主要煤矿机械传动部件, 在大功率设备中受力更大, 工况也更为复杂。煤矿机械齿轮的特点是低转速, 大模数, 负载需达20kN/cm2。虽然设备功率大幅提升, 但煤机外形尺寸变化不大, 因而齿轮尺寸, 外形变化不大。轮齿折断、齿面胶合、齿面点蚀和齿面塑性变形是煤矿机械齿轮的主要失效形式。齿轮的设计不合理, 或加工工艺不能达到设计要求, 加工精度不高会造成轮齿啮合度不高。大负荷运行的齿轮会发生塑性变形, 如造成齿轮飞边, 咬边, 坑凹缺陷。齿轮失效直接影响着煤机的正常运行, 本文就齿轮失效的原因提出几种改进途径。
机械传动齿轮噪声产生原因及控制 篇5
轮齿啮合时, 由于冲击而使齿轮产生很大的加速度并会引起周围介质扰动, 由这种扰动产生的声辐射称为齿轮的加速度噪声。在齿轮动态啮合力作用下, 系统各零部件会产生振动, 这些振动所产生的声辐射称自鸣噪声。
2 影响噪声产生的因素
2.1 齿轮啮合对噪声的影响
从渐开线直齿圆柱齿轮的啮合原理上讲, 齿轮传动中, 两个共轭齿面间的摩擦应该是纯滚动运动摩擦, 但实际应用中, 理论上的纯滚动啮合是不存在的, 渐开线直齿圆柱齿轮啮合轨迹是滚动和相对滑动共存的复杂运动, 这是难以避免和克服的。在加工齿轮齿面过程中, 如果没有经过最后的齿面研磨, 实际的齿面就类似于不同直线连接起来的曲线, 在滚动加滑动摩擦过程中, 摩擦和撞击是在所难免的, 噪声和振动也就随之而来。
2.2 齿轮参数对噪声的影响
(1) 齿宽。齿宽与轮齿的弯曲变形成反比, 齿宽增加, 轮齿的强度加大, 齿轮噪声降低[1]。所以, 从降低齿轮噪声的观点出发, 较理想的设计是选择合适的材料与热处理方法以提高轮齿强度, 尽量减小齿轮直径, 同时加大齿宽, 以弥补所造成的齿轮强度的降低。
(2) 模数。齿轮啮合时, 轮齿的弹性变形是产生啮合脉动的主要原因。齿轮模数m是齿轮设计中的基本参数, 模数大即齿轮尺寸大, 承载能力也大。轮齿的弯曲和模数成反比, 增大模数也就提高了轮齿的刚度, 啮合传动时轮齿弹性变形就小, 轮齿产生的冲击力也就小, 从而降低了噪声。从这个意义上讲, 模数值宜取大。但齿轮的加工误差也和模数有很大关系, 模数越大, 齿距误差与齿形误差也将越大, 啮合噪声也相应增大。因此, 要根据具体条件来选择模数。
(3) 压力角。压力角增大可使齿轮传动的弯曲强度和接触强度增加, 但不是压力角越大越好。对于重合度接近2的高速齿轮传动, 通常采用的压力角为16°~18°, 可增加齿轮柔性, 减轻啮合冲击, 降低噪声, 这样, 基本上兼顾了强度和噪声两方面要求。另外, 对于存在压力角偏差的齿轮噪声在任何情况下都是较高的, 适当更换齿轮的主、从动地位, 可以减小噪声。对存在正压力角偏差的齿轮, 作从动轮较好, 而存在负压力角偏差的齿轮作主动轮时噪声会得到改善[2]。
(4) 齿形。齿形误差对振动的影响不仅与误差大小有关, 而且与形状也有关。研究表明, 中凹齿形误差对振动的影响比中凸齿形误差大, 中凸形误差在主共振区和二、三次共振区的振动小。因此, 为了降低齿轮振动, 加工时, 在节点处尽量不产生齿面中凹现象。
采用齿轮修形, 能有效减小齿轮传动中的撞击, 从而控制齿轮传动噪声, 使变速器噪声降低。齿轮修形有齿廓修形和齿向修形两大类。前者是微量修整齿廓, 使其偏离理论齿廓, 可减轻轮齿的冲击、振动和噪声。后者是沿齿线方向微量修整齿面, 可以改善载荷沿齿线分布不均匀状况, 提高齿轮承载能力, 也可降低噪声。
2.3 加工精度对噪声的影响
(1) 基节误差。齿轮有了基节误差, 就会产生振动引起噪声。即使齿形是正确的, 如果齿轮上一个基节有误差, 在低速时, 基本上不影响下一个齿的啮合, 但速度高时, 就会影响后面的许多齿的啮合。有周期误差的齿轮, 误差即使很小, 也会引起周期性振动。但对于具有非周期性误差的齿轮, 一般情况下与前者相比, 齿轮振动要小一些。因此, 在一对齿轮中, 至少应有一个齿轮是具有非周期性误差的, 这样引起的振动可小一些。从上述分析可知, 提高齿轮加工精度, 减小齿轮误差, 尽量不产生齿面中凹齿形和周期性基节误差等, 均可降低齿轮的噪声。
(2) 接触精度。检查接触精度是从根本上寻找齿轮噪声产生原因的最好方法。影响接触精度的主要因素为齿轮齿形及齿向误差、齿面伤痕、箱体孔加工误差、轴及轴承刚性不足和精度低等。
2.4 参数及润滑条件对噪声的影响
(1) 啮合系数 (重合系数) 。啮合系数愈大, 噪声愈低。因为啮合系数愈大, 齿的弹性变形越小。当齿轮啮合系数在1~2之间时, 噪声变化不大, 若大于2, 噪声可明显减少。增大啮合系数的办法是增大齿轮的变位系数、选用较小模数的齿轮及采用斜齿轮等。
(2) 侧隙。规范侧隙可避免产生轮齿间的干涉。侧隙过小, 将导致齿间太紧, 噪声急剧增大。侧隙过大, 齿间产生撞击, 也使噪声变大。
(3) 转速。在保证工作性能的前提下, 降低齿轮转速可降低噪声。因为齿轮啮合冲击的能量随齿轮圆周速度的增加而增加, 特别是当线速度超过10 m/s时更是如此, 齿轮线速度每增加1倍, 齿轮噪声增加约6 dB。所以, 齿轮的转速对噪声大小有直接关系。
(4) 润滑。润滑油在润滑和冷却的同时, 还起到一定的阻尼作用, 若能在齿面上维持一定的油膜厚度, 就能防止啮合面的直接接触, 降低噪声。
3 控制措施
3.1 选择合理的加工及装配精度
渐开线直齿圆柱齿轮传动振动与噪声是一个相对的物理量, 并不是一味地追求理想上的无噪声或无振动传动。在充分考虑成本、使用安全和噪声等综合指标的同时, 选择适合的加工精度与装配精度, 用合理的加工与装配精度来保障机构的总体合理性。如果加工精度与装配精度都能满足设计要求, 就等同把齿轮传动的振动和噪声控制在合理的范围内了。
3.2 选择齿轮参数
(1) 渐开线直齿圆柱齿轮重合度ε。渐开线齿轮设计要求其重合度ε≥1, 在有较高加工及装配能力, 且理论上不产生传动干涉的情况下, 尽可能提高齿轮传动的重合度, 有利于平稳传动和减少传动噪声。
(2) 齿轮模数m、齿宽b和齿轮幅板厚度h。当传递较大载荷时, 由于轮齿啮合“动态激励”主要是轮齿的弯曲变形引起的, 而轮齿的弯曲刚度又与模数成正比, 因此, 增大模数可减小轮齿的“动态激励”, 降低噪声。但是, 在传递载荷较小或空载时, 轮齿误差的影响会远大于轮齿变形, 这就应从齿轮加工误差的角度来考虑模数大小对噪声的影响。齿距误差Δp可按下式求得。
式中, d0为齿轮节圆直径;m为模数;C1, C2, C3为常数。
齿形误差:
式中, C4, C5为常数
由 (1) 、 (2) 两式可看出, 上述两项误差直接与模数有关, 并且模数大, 齿形误差也大, 噪声也越大。因此, 在传递较小载荷或空载时, 在齿轮强度允许的情况下, 应尽可能取小模数。增大模数m, 能提高齿轮的抗弯强度, 改善齿轮单齿的刚性, 使单齿的弯曲变形减小, 并能减小瞬时角速度变化, 减少齿轮噪声及振动。但在齿数一定的条件下, 模数m加大后, 齿轮节圆直径就会随之加大, 结构及体积也必然会增大, 单位制造成本也会增大。另外, 根据声学原理, 齿轮轮盘直径越大, 其发声强度也越大。所以, 在充分考虑强度、结构条件和避免根切的条件下。模数m应尽可能降低, 这样, 一方面可以减少齿轮辐射噪声的面积, 另一方面, 中心距确定后, 当齿轮的分度圆直径d=mz时, 模数m越小, 齿数z越大, 重合度增大, 能有效降低齿轮传动噪声。
(3) 转速n和传动比i的选择。渐开线直齿圆柱齿轮旋转速度越高, 噪声也越大。各轴的转速是根据动力、工作机构和传动比要求而确定的, 每种传动系统都有自己的固有振动频率, 应避免齿轮的转速与其“合拍”, 产生共振。一般要求增速传动时, i≤2;减速传动时i≥1/4, 超过此范围时单级传动应改为双级传动。单级传动的噪声比双级传动的噪声大, 增速传动的噪声比减速传动的噪声大。
3.3 箱体设计及增加吸收噪声材料
在渐开线直齿圆柱齿轮传动中, 开放式传动方式大多数是低转速的低噪声传动。而高转速的传动方式, 可采取箱体结构。设计中, 增加隔声结构或外部增加隔声材料, 使大部分噪声被隔声结构和吸声材料吸收。
3.4 润滑脂的选择
恰当的润滑脂既能保护齿面不受磨损, 提高齿轮的使用寿命, 又能改善齿轮的传动精度。润滑脂油膜可保护共轭齿面的滚动加滑动摩擦, 油膜又有克服传动冲击和减振作用。
参考文献
[1]彭生辉, 李志远.汽车变速器齿轮噪声产生机理及影响因素分析[J].拖拉机与农用运输车, 2005 (4) :37～39.
机械齿轮比 篇6
1 传动齿轮的工作环境及工作特点
煤矿的生产作业一般都是在矿井中进行的, 传动齿轮的工作环境大多都是在地下进行生产作业, 井下的环境比较复杂恶劣, 所以传动齿轮要适应井下复杂的结构情况, 因此相对而言传动结构也复杂一点。由于煤矿是重型产业, 要求传动齿轮具有比较高的承载能力和性能, 矿井一般空间不是很大, 所以传动齿轮还要满足体积小, 抗冲击能力强等特点, 传动要求高效率, 尽量减少过程中能量的损失。
2 传动齿轮失效的表现形式
2.1 传动齿轮磨损失效
磨损的程度分为很多种, 一般分为:正常的磨损、中度磨损、破坏性磨损、磨料性磨损以及腐蚀性磨损等。一般性的磨损不会对齿轮的传动造成重大的影响, 比如正常的磨损, 这是齿轮传动过程中必然存在的, 在齿轮的使用寿命中, 不会造成齿轮失效, 这个磨损是经过时间慢慢磨损的, 不影响齿轮的正常转动;对于中度磨损, 这个要比正常的磨损速度快一点, 在齿轮传动工作的过程中, 可能会发出噪音, 由于磨损的程度比较大, 损失机械能, 会降低齿轮工作的效率;破坏性磨损, 这个磨损的程度就很大了, 齿轮表面会形成严重的损伤, 严重影响传动齿轮工作的效率, 破坏了齿轮的结构, 大大缩短齿轮的使用寿命;磨料性磨损是指在齿轮中间进入了一些颗粒, 增大了齿轮间的摩擦系数, 摩擦力增大, 加速了齿轮的磨损, 可能会出现齿轮停止转动的现象;腐蚀性磨损就是在齿轮转动的过程中与周围的化学物质发生的反应, 发生了齿轮表面的腐蚀, 严重影响齿轮的工作效率。
2.2 传动齿轮疲劳失效
在加工过程中, 齿轮的表面肯定存在初始裂纹, 加之传动齿轮工作的过程中应力的反复作用下, 造成材料的疲劳, 当作用的应力超出了材料的疲劳极限时, 裂纹就会延伸扩张, 加速齿轮的损坏, 出现齿轮失效。
2.3 传动齿轮胶合失效
齿轮的转动需要润滑油的帮助, 在强重力作用下, 齿轮间的润滑油不能及时的补充, 造成两个齿轮接触面的油膜挤破, 两个金属齿轮直接接触在一起, 在高速运转的情况下, 温度上升, 可能造成齿轮的胶合, 出现失效。
2.4 传动齿轮断裂失效
齿轮的断裂意味着彻底不能工作, 断裂分为疲劳断裂, 高负荷断裂以及淬性断裂等。疲劳断裂就是齿轮在弯曲应力的反复作用下, 出现裂痕, 当应力超出了齿轮的疲劳极限时, 裂痕继续扩张, 导致断裂;高负荷断裂是指在高强度的作业状态下, 负荷已经超出了齿轮的额定负荷导致的破坏性断裂, 或者由于腐蚀使得齿轮部分点出现点蚀, 导致断裂等;淬性断裂是指传动齿轮经过热处理时产生了过大的内应力, 产生裂纹, 外界的压应力与弯曲应力的作用下, 产生疲劳, 当超过它的疲劳极限时就会促使裂纹延伸, 导致淬性断裂, 这种断裂的特点就是初始断裂的部位颜色会有点深, 这是氧化的结果。
3 传动齿轮出现失效的具体原因
设计阶段:由于齿轮工作环境的特殊性, 决定了煤矿机械齿轮设计的特殊性, 在设计阶段, 可能忽视了传动齿轮在矿井工作的特殊性, 按照传统的设计来设计煤矿机械传动齿轮, 造成传动齿轮不能满足矿井下高强度, 环境复杂的要求, 达不到韧度、抗冲击和耐疲劳的要求, 这是导致传动齿轮失效的自身原因之一。
齿轮的制造加工阶段:即使齿轮的设计没有问题, 若在制造加工方面不合格, 齿轮一样会失效, 如果质量把控不严格, 锻造时化学成分超标或者化学成分有残留, 降低了齿轮的性能, 不能满足工作的需要。例如:在加工过程中C的含量超标, 就会增加齿轮的脆性, 容易发生断裂, 造成失效。
齿轮的安装使用阶段:不正确的安装方式同样会导致传动齿轮的失效, 安装的位置出现偏差, 影响整个传动齿轮的安全, 同时, 传动齿轮的工作需要润滑油的不断补充, 一旦缺少润滑油就会增大摩擦力, 降低齿轮工作的效率, 增加磨损, 导致传动齿轮的失效。
4 避免传动齿轮失效的有效措施
根据上述传动齿轮出现时效的形式和失效的原因, 制定防止传动齿轮失效的有效措施, 避免失效问题的出现。
4.1 齿轮设计阶段控制
设计阶段要充分的对煤矿齿轮的工作环境进行研究考察, 只有充分了解齿轮的工作环境和工作性能的需要, 才能对齿轮提出合理化的设计。根据煤矿齿轮工作的特殊性, 优化齿轮的设计方案, 满足齿轮抗冲击力、耐疲劳性以及承载力的要求, 进行精确的计算, 在符合国家标准的前提下, 选择适合煤矿特殊工作的材料, 尤其是钢材的选用尤为重要, 这直接影响着齿轮的强度, 最好经过研究确定选材, 确定润滑油等, 以免后期工作出现漏洞。
4.2 齿轮工艺制造阶段控制
选材好工艺也好才能保证传动齿轮的质量, 要严格控制齿轮制造过程中的质量, 改善制造工艺, 提高工艺质量。传动齿轮的表面不能过于光滑, 研究表明, 表面略微粗糙的齿轮要比表面光滑的齿轮使用寿命更长, 这个粗糙度应该根据实验来确定, 合理的控制粗糙度, 将齿轮的性能提升到最佳状态。
4.3 齿轮安装阶段控制
齿轮的安装看起来很简单, 其实有比较高的要求, 对于传动齿轮的平衡度、垂直度都是有要求的, 而且这个标准还很严格, 稍微有一点偏差就会影响整体的性能, 所以, 在安装阶段应该有专业人士来进行指导, 运用专业的工具辅助安装, 最大限度的减少齿轮间的摩擦, 降低损耗, 提高工作效率, 延长使用寿命。
4.4 齿轮使用及维护阶段控制
在传动齿轮的使用过程中, 应尽量不要超过传动齿轮的额定负荷量, 润滑油也要及时补充, 保证传动齿轮是在润滑油的辅助下工作, 此外, 润滑油不能掺入杂质, 保持纯净, 杂质进入齿轮间会增大摩擦系数, 影响齿轮的正常工作。设备的使用过程中应该定期维护保养, 并检查传动齿轮, 及时发现问题并处理问题, 对于可能发生的问题做到及早预防, 防患于未然, 防止出现传动齿轮的失效问题。
5 结束语
煤矿产业是我国比较重要的一部分, 煤矿的产量决定于煤矿机械的工作效率, 影响着经济的发展, 传动齿轮在煤矿机械中发挥着重要的作用, 保证传动齿轮的正常工作是保证煤矿机械正常工作的重要前提, 传动齿轮失效是齿轮常见的问题, 我们必须对其进行研究, 找到避免失效的有效措施, 每个阶段严格把关, 将失效概率降到最低, 提高生产效率。
参考文献
[1]张玉玉.分析煤矿机械传动齿轮失效形式[J].黑龙江科技信息, 2015, 23:80.
[2]刘颖.煤矿机械传动齿轮失效形式分析及改进措施[J].煤炭技术, 2013, 1:38-39.
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机械齿轮传动系统的振动特性研究 篇7
研究表明:机械的振动和噪声, 其中大部分来自齿轮传动工作时产生的振动, 因此机械传动中对齿轮动态性能的要求就更为突出。要满足这一要求, 人们开始把越来越多的注意力转向齿轮传动的动态性能研究。具体地说, 就是研究齿轮传动系统的动载荷、振动和噪声的机理、计算和控制。就需要从振动角度来分析齿轮传动装置的运转情况, 并按动态性能最佳的目标进行设计。
为了解决上述问题, 以研究齿轮传动和噪声特性为主要内容的齿轮动力学十多年来得到了较广泛的重视和研究, 日本机械工程学会1986年对齿轮实际调查与研究表明, 评价齿轮高性能化的前两项分别为低噪声和低振动。1992年在美国机械工程协会主办的第六届机械传动国际学术会议 (6th Intenational Power Transmission and Geartng Conference) 上, 齿轮动力学研究得到了普遍的重视, 宣读论文占总数的21%, 列发表论文数的第一位, 突出表明了齿轮传动向高速、重载方向发展后, 其动力学研究的紧迫性。我国于1984年成立了机械工程学机械传动分会齿轮动力学会组, 并成功地举行了三次全国齿轮动力学学术会议, 促进了我国学者在这一领域内的发展。
对于齿轮轮齿的误差激励, 早在1958年, Harris就认为它是引起齿轮振动的三种主要内部激励之一。20世纪70年代许多学者 (W.D.Mark, A.W.Lee, D.B.Welbowrn等) 研究过传递误差的统计性质及其对齿轮振动和噪声的影响。其中T.Tobe研究过齿轮动载荷的统计特性, 首先建立了直齿轮系统的非线性Fokker-Planck方程, 并由此推出了矩方程, 然后用统计线性化方法求解, 从而得到响应的前二阶矩。在分析中, 他们把静传递误差分解为确定性分量和随机分量, 并将随机分量表示成“经滤波的白噪声”。1985年, A.S.Kumar等分析了直齿轮动载系数的统计特性, 随机输入是传递误差, 处理成经时不变的成形滤波器滤波的高斯白噪声。推出了等效离散时间状态方程和均值, 方差波动方程, 以确定啮合位置随机误差幅值和运转速度等对动载系数均值和方差的影响。
2 齿轮传动动态特性研究现状
齿轮传动动态特性的研究大体上可分为两大部分:齿轮传动系统振动特性的研究和齿轮结构振动的研究。
2.1 齿轮传动系统振动特性的研究
齿轮传动系统振动的主要激励为随时间变化的啮合刚度、齿轮误差和不稳定载荷, 它是一个参数自激振动系统, 齿轮传动的振动包括径向、周向和轴向的振动。关于直齿轮刚度计算已有比较成熟的Weber-Banaschek公式。由于斜齿轮接触线沿齿宽是倾斜的, 因此在计算斜齿轮啮合刚度时, 首先需要研究斜齿轮的载荷分布及轮齿变形。受计算手段的限制, 早期的研究是把斜齿轮轮齿假设成由大量独立的法向薄片所组成 (即“薄片”理论) , 各薄片的变形是独立的。建立在这种模型下的斜齿轮载荷分布计算, 忽略了各片之间的相互影响, 进一步的研究是将斜齿简化成一刚性或弹性夹持的悬臂扳。由于悬臂扳几何形状与轮齿相差较大, 因此所得结论很少校用来研究载荷分布, 大多以此研究由载荷引起的变形及齿根弯矩。Monch和Roy用冻结法对环氧树脂齿轮的载荷分布做了光弹性实验。Conry和Seireg用线性规划技术计算了斜齿轮接触线上的载荷分布, 其轮齿变形被分成弯曲变形, 接触变形、支承变形等, 用材料力学和赫兹变形公式计算各变形分量。Mathis和Simon用三维有限元研究了斜齿轮的载荷分布和变形。Nicmann和Bhth Be及Nicmann和winter是将接触线的总长度变化用来估计齿轮的刚度波动。著名齿轮动力学专家、日本东京工业大学Umezawa用齿轮的有限差分模型对斜齿轮沿接触线的裁荷分布等作了理论分析后, 对一对有限齿宽齿轮的载荷分布和啮合刚度特性进行了一系列的研究, 并根据齿轮端面重合度εα和轴面重合度εg的大小判断齿轮啮合刚度波动的幅值 (即计算振动幅) 大小。由于Umezawa是通过一等效悬臂梁的有限差分模型总结出的斜齿变形公式, 因而他的研究尚无法考虑齿轮结构尺寸的影响。
Umezawa通过实验和仿真计算研究认为在相同误差情况下, 端面重合度εα和轴面重合度εg相同的齿轮副的振动水平是一样的。在国内, 齿轮系统动态方程求解的方法主要有状态空间法、复富氏系数法和富氏级数 (Fourier serics) 法。这些方法都不同程度地简化了齿轮传动系统振动特性的求解, 保留了系统的参变和整体特性。为了设计出具有良好动态降性和低噪声齿轮传动系统, 近年来人们对影响齿轮传动系统动态特性的因素做了不少理论计算和实验研究。采用柔性辐板齿轮结构是降低齿轮传动噪声, 提高齿轮传动乎稳性的又一主要措施, Berestnev的实验研究表明, 通过改变轮体结构尺寸, 可使齿轮的弯曲、接触疲劳强度增加1.2~1.4倍, 寿命增加1.5~2倍, 振动噪声减小6~8d B。国内对钢轮毂、橡胶轮辐的柔性幅板齿轮系统的降噪特性进行了实验研究, 结果表明在模数较大的场合, 其降噪效果在7d B左右, 减振效果为50%, 高频噪声可下降6~18d B。
2.2 齿轮结构振动的研究
齿轮结构固有频率及振型、动态响应和动应力的研究是建立在一般结构振动计算方法基础上的。为了避免共振, 防止颤振, 或者是研究其响应问题, 一般都要求先计算结构的模态, 目前在计算结构动力学问题中虽为有效的数值方法是有限单元法。
然而, 随着结构日益复杂化、大型化的发展, 使人们不得不将眼光放在各种节省计算内存的求解方法上。这些促进了各种降阶技术和动态子结构技术的兴起和发展。如果将求解静力问题的波前法用于子空间迭代法中, 就能使一般工程结构问题可以在微机上求解。由于在国内外曾发生多起齿轮轮体的共振导致的破坏事故, 所以齿轮轮体固有振动特性的研究得到国内外的普通关注。这在对齿轮传动安全运行要求很高的航空工业来说尤其重要。美国波音费托尔公司 (Boeing Vetrol) 就是用有限元法来预测齿轮结构的共振频率。国内外对盘形圆锥齿轮结构固有振动特性进行了大量的理论和实验研究, 取得了一批非常有价值的结论。Oda用Miller公式计算了具有不同福板支承形式的薄轮缘直齿轮结构的固有频率, 研究了其传动系统的振动加速度。国内外的理论和实验研究表明, 齿轮结构的行波共振会造成齿轮的成块断裂。
参考文献
[1]陈予恕.非线性振动[M].天津:天津科技出版社, 1983:251.[1]陈予恕.非线性振动[M].天津:天津科技出版社, 1983:251.
[2]魏任之等.齿轮的修形与降噪.第二届全国齿轮动力学会议论文, 1987.[2]魏任之等.齿轮的修形与降噪.第二届全国齿轮动力学会议论文, 1987.
机械齿轮比 篇8
煤矿机械中的齿轮多为中、大模数齿轮,工作状态多为低速重载传动,负载较大。另外随着煤矿机械不断进步,包括采煤机、掘进机设备在内的设备的功率不断增大。功率的增大进一步增大了机械的输出扭矩,也进一步增大了传动齿轮的负载。虽然我国的齿轮制造水平和使用年限都有了显著的提高,但仍然有必要对煤矿机械齿轮的失效方式进行分析,并进一步探讨改进途径和措施[1]。
1 煤矿机械中齿轮失效的形式
煤矿机械齿轮失效的失效形式最常见的有以下几种:
(1)磨损
煤矿机械工作的对象为不同地质条件的煤岩体,所以作业强度大,齿轮载荷高,所以容易造成齿轮的磨损,根据磨损产生原因的不同,可以将磨损类型分为正常磨损、中度磨损、磨料性磨损(擦伤)、疲劳磨损(点蚀)、干涉磨损、胶合等。磨损属于齿轮的缓慢损耗,在齿轮寿命期内,存在一定程度的磨损并不会影响其正常的使用性能,一般来讲,磨损量不能超过维修标准。
(2)表面疲劳
通常情况下,齿轮的表面或表面下会存在一定的材质初始裂纹,当齿轮不断地受到交变应力的反复作用,材料就会产生疲劳,当应力超出了材料的疲劳极限,这些初始裂纹就会开始扩展,从而形成凹坑,或者产生金属的移动,而且这些凹坑还会经常增大尺寸,以及合并。根据表面疲劳产生的原因,可以分为破坏性点蚀和疲劳剥损两种类型。
(3)胶合
当齿轮经常处于超负荷负载时,啮合区温度就会升高,在重载作用下齿接触面的油膜会被挤破,使得使两轮齿的金属面直接接触,并可能熔焊在一起,从而引起软齿部分接触面沿滑动方向被撕下而起沟。另外在低速重载下,由于不易形成齿面间的润滑油膜,也可能会产生胶合破坏。
(4)塑性流动
塑性流动可以分为塑性变形、起波纹和起皱三种类型。塑性变形指的是轮齿较软齿部分金属的塑性变形,严重时会出现飞边、齿顶变圆,造成主动齿轮和被动齿轮的齿面失去正确的齿形;起波纹是指在齿面上形成外观呈鱼鳞状的波纹,波纹方向与滑动方向垂直。多见于表面淬火的小齿轮上。起皱是指齿面出现呈人字形或鱼尾状的皱纹,皱纹沿滑动方向。
(5)断裂
断裂意味着齿轮彻底失去效用,根据产生断裂的原因,可以将断裂分为疲劳断裂、磨损断裂、超负荷断裂、磨削裂纹、以及淬裂等几种[2]。
2 齿轮失效原因分析
煤矿机械设备中齿轮的失效将直接影响机械效能的发挥,造成严重的后果,对齿轮失效的原因进行分析,齿轮的失效原因主要有以下几个方面:
(1)初始设计
由于煤矿机械齿轮所处工况环境的特殊性,齿轮的设计也与一般的机械设备中的齿轮不同。如果在进行齿轮设计时,仍然沿用传统的方式,没有充分考虑不同煤矿机械的实际工况和使用条件,缺乏具有针对性的科研和实验,那么设计出来的齿轮的参数和技术要求就难以满足煤矿生产机械化的要求。以齿轮接触疲劳强度的分析计算为例,如果沿用传统的设计参数,采煤机和刮板输送机上的齿轮强度较高,但韧性差,容易产生断齿。
(2)制造加工
在齿轮的制造加工过程中,如果没有严格的质量保证措施,或者制作工艺上有缺陷,也会造成齿轮制造质量达不到预定标准和技术要求。例如大齿轮在铸造中存在化学成分偏差、非金属夹杂物、气孔、砂眼等缺陷;忽视锻造比要求,降低了锻造齿轮的材质性能;齿面硬度由于热处理质量不过关而达不到设计技术要求。这些都会直接影响着齿轮的承载能力和使用寿命。
(3)安装使用
煤矿机械设备的安装质量不稳定,无法达到齿轮安装的技术要求。例如齿轮轴中心线的平行度、水平度、中心距、轮齿啮合间隙、接触面积以及轴承安装等安装问题都会引起齿轮的工作寿命。另外在使用过程中,润滑油脂达不到技术要求,或者漏油、缺油,以及不能定期清洗减速箱和齿轮,更换油脂,都会使齿轮超出其承载能力,缩短使用寿命[3]。
3 齿轮失效的改进措施
根据上述的齿轮失效原因分析,可以相应的提出减少齿轮失效的改进措施,主要有以下几种改进途径。
(1)设计。要优化齿轮的设计内容,包括准确计算齿轮的载荷、修正强度计算公式、优化齿形结构、选用更好的材料,采用先进的加工和处理工艺。提高齿轮的设计硬度和啮合参数。同时在设计阶段,就要提出有效的润滑和装配要求。
(2)选择材料。要根据煤矿生产对齿轮的强度、韧性、以及工艺性能要求来选择齿轮材料。结合工业发达国家煤矿机械齿轮选用钢材的经验与我国煤炭生产实际情况,多选用低碳合金渗碳钢。采用Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金渗碳钢制造承受重载和冲击载的齿轮;选用无Ni-Mn钢制造负载比较稳定、模数较小的齿轮。另外,也可以多使用具有较好致密度、纯度的真空脱气精炼钢,这种钢材具有较高的塑性和韧性,能减少机械性能和各向异性,提高齿轮的弯曲疲劳寿命。
(3)加工工艺。改善加工质量水平,在进行滚齿的机加工时,要分清楚粗、精滚工序,提高滚到精度。另外使用百分表控制切齿深度到零位左右。另外,齿面的粗糙度必须达到设计要求,一般来讲,粗糙度好的比粗糙度差的齿轮寿命可提高15%~20%。所以还需要对齿轮进行电抛光或振动抛光,提高齿面的粗糙度。
(4)热处理工艺质量。对于煤矿机械齿轮的承载能力而言,表面硬度并不是唯一的决定因素,齿轮表层向芯部过渡区的剪切强度的比值也是重要的影响因素。这个值一般不大于0.55。采用深层渗碳淬火的热处理方法,可以达到较理想的效果。该方法可以使齿轮具有较高的芯部硬度、较小的过渡区残余拉应力、以及充足的硬化层深度。另外,还可以推广碳、氮共渗的新工艺,该方法可以比单纯的渗碳齿轮获得更高的强度极限应力,以及使用寿命。
(5)齿轮安装。要正确调整齿轮两轴间的垂直度平行度,避免出现间隙过大、过小、扭斜等问题,使齿轮的啮合间隙合适,从而不易发生齿轮断齿,以及齿面局部受损。
(6)设备使用和维护方法。在使用过程中,要及时的进行润滑,选择适当的齿轮润滑油黏度;还要对润滑油进行及时的清洁,进行过滤、剔出灰尘、砂粒、金属屑等;对于封闭式齿轮,要及时清扫齿轮箱,做好的散热通风;减少煤矿机械的超载现象,从而避免齿轮过多的进行高负载运行;另外,及时的检测可以避免齿轮失效的发生,从而延长其使用寿命,保证设备正常运转[4]。
4 结语
在我国煤矿机械生产中,减少机械设备的事故率是一个亟待解决的重要问题,其中机械齿轮的失效是主要原因。因此,对各种齿轮的失效形式及原因的分析和讨论,研究减少齿轮失效的改进措施,具有非常重要的现实意义。
摘要：煤矿机械设备中齿轮的失效是产生设备故障的主要原因,本文研究了煤矿机械设备中齿轮失效的形式,分析了产生齿轮失效的几个方面的原因,并针对每个方面提出了改进措施,从而能更好的避免因齿轮失效而造成的煤矿机械故障,延长机械设备的使用寿命。
关键词：煤矿机械,齿轮失效,磨损
参考文献
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[3]李翠兰,张爱国,李慧萍,等.浅谈煤矿机械齿轮技术的发展趋势[J].煤,2007(3):43-44.