冶金机械齿轮失效分析研究

694 编辑：中冶有色技术网来源：曹建斌

2024-03-08 10:52:48

摘要：首先介绍了齿轮在冶金机械上的应用,其次就冶金机械设备上齿轮的失效表现和原因作了详细分析,最后就如何避免和预防齿轮的失效问题提出了解决措施。

关键词：冶金机械齿轮失效分析

中图分类号：TF30 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-387-01

1前言

作为工业体系中的重要行业，冶金行业内所用到的机械设备一般都是重型和大型设备，具有现场工作条件差、连续运转周期长等特点，并且一旦机械设备停止运转，将对冶金企业造成极大的损失。因此，为了避免因传动装置失效而造成的大规模损失，冶金机械对其传动装置的可靠性，尤其是机械齿轮的可靠性有着比较高的要求。在实际工作中，需要技术人员针对齿轮的失效进行分析，查找故障模式，分析齿轮失效事故的规律和失效原因的影响程度，并能够针对引起齿轮失效的原因采取有效的预防措施，从而提高冶金机械设备的运转可靠性。

2齿轮在冶金机械上的应用

在冶金机械设备上，通常需要在以下场合中应用齿轮传动装置：a.为了满足机械设备的使用要求，需要改变转速和力矩,b为了改变空间动力传递的位置和方向以实现对传动路线的分配,c.由一个动力源向若干个执行机构分流动力或者由若干个动力源合成供给一个执行机构动力，即分流或合成动力。在实际中，齿轮一般在球磨机、旋转窑以及冶金机械的各种减速装置中使用的较多。

3冶金机械齿轮失效的表现和原因

（1）正常磨损

正常磨损是设计者在齿轮的相关设计计算时，依照机械设备的使用寿命考虑的。它是齿轮啮合传动过程中，由于啮合齿面间的相对滑动而造成的齿面上的金属表面发生的摩擦损耗。正常磨损对冶金机械的正常使用没有影响，但对磨损量要进行控制，以方便对磨损齿轮进行修理，对于磨损程度严重的齿轮，则需要进行更换。这里需要说明的是，因为冶金机械的现场作业条件非常恶劣，所以冶金机械的齿轮通常都达不到设计寿命。

（2）破坏性磨损

破坏性磨损是造成冶金机械齿轮失效最多的原因之一，通常都是因为齿轮承受了非常大的冲击载荷，齿轮润滑遭到破坏，以致于齿轮表面的金属直接接触造成的。破坏性磨损通常表现为齿轮轮廓形状变形严重，齿轮无法进行平稳传动，使用寿命大幅度降低等。以球磨机的齿轮失效为例，其使用过程中经常发生的齿面硬损伤均属于破坏性磨损。

（3）干涉磨损

由于冶金机械一般都是大型非精密机械（例如球磨机、回转窑等），设计和制造精度通常都较低，安装时因为受制于现场条件和零件本身的制造精度，所以冶金机械齿轮的安装质量都不高，通常表现为齿轮的安装间隙过小、安装位置不准确，这很容易造成齿轮运转时不能够正常啮合。因为齿轮不合理接触时产生的应力大部分都集中在了小齿轮上，所以随着机械设备的长时间运行，小齿轮的破坏程度會加重，严重时甚至会造成小齿轮的整个轮齿被磨损掉，而大齿轮的齿顶也会发生严重变形，从而彻底破坏齿轮的啮合传动。我们把这种因齿轮安装间隙过小而引起的磨损称作干涉磨损。

（4）齿面点蚀

由齿面点蚀造成的冶金机械齿轮失效的案例有很多，主要是因为齿轮的润滑失效和安装精度差造成的。因为润滑效果和安装精度会对齿轮的接触应力产生很大的影响，当接触应力大于允许应力时，处于多级载荷下的齿面表层非常容易产生裂纹，如果这种裂纹在长时间受到接触应力的作用，轮齿表层的金属就会发生片状剥落，最终引起齿轮的失效。

（5）疲劳剥损

冶金机械因为其独特的特点，所以在冶金机械齿轮的设计和制造过程中要予以考虑，通用的齿轮设计参数和加工工艺往往对冶金机械的适应能力不好，不具备良好的针对性，需要齿轮的设计制造人员对冶金机械中齿轮的实际工作状态进行深入研究，尤其是针对冶金齿轮的疲劳破坏试验。只有根据实际的工作情况选择合适的设计参数和加工工艺（包括加工精度和材料的热处理），才能最大限度的预防冶金机械齿轮的疲劳剥落（表现为沿齿顶或顶棱从齿面上脱落下颗粒或屑片）。

（6）胶合

冶金机械的齿轮传动通常具有非密闭、持续作业时间长、传动负荷大、作业现场粉尘及颗粒多、润滑效果不好等特点，所以冶金机械齿轮发生胶合失效的几率也相对较大。胶合失效通常是因为齿轮传动时啮合区的温度过高，接触面的油膜因受重载作用而被挤破造成的，表现为齿轮的接触面直接粘结在了一起，齿轮接触面部分沿滑动方向产生沟痕。

4解决冶金机械齿轮失效问题的探讨

4.1设计方面

冶金机械不同于其它机械设备，其工作环境通常较为恶劣，连续作业时间长，齿轮的润滑效果和润滑条件均不理想，甚至于一些冶金设备需要在酸碱腐蚀的条件下工作。以上这些属于冶金机械的特点在齿轮设计时应该被充分考虑，而不能仅仅依照通用的齿轮设计流程进行设计，在具体的设计过程中，要结合冶金机械的实际工作状态选取较大的安全系数和正确的齿轮材质。

4.2制造方面

要结合冶金机械齿轮的实际工作状态和失效试验，按照齿轮设计的要求对齿轮进行加工制造，不能降低加工精度，热处理步骤要按照标准严格执行。

4.3 安装方面

为了确保合适的啮合间隙和齿轮传动系统的平稳传动，冶金机械的齿轮安装要保证安装精度。

4.4齿轮润滑方面

冶金机械设备通常都比较复杂、工作环节恶劣、现场环境的温度变化幅度大且灰尘较多。因此有必要提高冶金机械设备的润滑效果以适应设备使用的工况环境，从而保障齿轮的使用寿命和传动装置的良好运行，总的来说，冶金机械齿轮减速器的润滑要领包括以下几点：

（1）润滑油的选择

冶金机械齿轮通常都是在超高负荷下的持续运动，所以润滑油必须经久耐用，即对抗氧化能力的要求比较高。除此之外，为了保证水和污物不干扰润滑，所选用的润滑油还要易用沉淀杂物，一般以选用循环机油为宜（最好是含有抗氧化剂和防锈添加剂的循环机油）。

（2）油料粘度的把握

根据冶金机械减速器中齿轮的转速和承受载荷，选用粘度合适的润滑油。粘度过高会使润滑油内部的阻力增大，会造成传动能量的浪费,而粘度过低易发生齿轮表面金属面的直接接触，失去润滑的初衷。所以润滑油的选择要综合考虑，具体选择宜以需要润滑之冶金机械所需的较低粘度即可。这里需要强调的是，对润滑油粘度的选择需要进行实际检讨，要结合冶金机械的实际使用情况，而非仅仅依照一些机械制造商的推荐基准。

（3）润滑方式的选择

常见的润滑方式包括发散给油、油浴给油、循环给油、油环给油等，具体选择标准要则依据冶金机械的设计功能。在实际的润滑工作中，针对不同的润滑方式要选择不同的油料，以开放式齿轮传动为例，因为润滑油与空气之间存在接触，所以要选择那些抗氧化能力强（添加了抗氧化剂）的润滑油，除此之外，开放式齿轮传动的润滑油选择还应考虑到润滑油的溅出问题。

（5）保持润滑油洁净、定期检验、及时更换

润滑油本身的品质对传动性能会产生十分大的影响，所以有必要对长时间使用的润滑油进行定期检验，对检验不合格的润滑油的需及时更换，以保证润滑油的洁净和性/zcfhXtQEh5LsZiuAFaqfH4SHy53QulKRoeu46v46xk=能。

总之，齿轮的运转条件和工作环境对齿轮的润滑有着不同的要求，除了根据相关经验和技术标准外，实际润滑工作需要参照冶金机械的工作状态和工作环境在实践中通过多次试验来确定。

5结束语

冶金机械齿轮的正常工作是冶金设备正常运行的保证，要保证机械设备的稳定运行，则必须解决齿轮失效。齿轮失效作为冶金机械设备中最常见的失效形式之一，只有对其失效问题作深入分析，才能保证冶金设备的正常工作。

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