煤礦機械傳動齒輪質量及使用壽命

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1齒輪失效的具體原因分析

（1）初始設計不合理，導致不能很好地實現傳動。煤礦機械工作環(huán)境的特殊性，決定了煤礦機械傳動齒輪的設計與其他傳動齒輪設計原則不同。如果在設計齒輪過程中，沒有考慮煤礦機械傳動齒輪工作環(huán)境的特殊性以及使用條件，仍然按照過去那種設計理念和方法去進行設計，缺乏針對性的相關研究與試驗，那么就會造成設計的齒輪參數達不到技術要求，就不能與不同煤礦機械的實際工況和條件緊密結合，比如說設計齒輪在選擇材料時輪齒材料硬度不夠，就很容易出現點蝕，最后導致明顯的齒面損傷。

（2）在加工制造過程中，制造工藝如果存在缺陷，也會使齒輪質量達不到相應的技術要求，甚至出現產品質量低劣。比如說在鍛造齒輪過程中，不注意齒輪材料的一些缺陷，如氣孔和砂眼等，或者是齒輪模數不足，都會導致材質性能下降，還有就是熱處理工藝質量不過關，齒面硬度難以達到技術要求，淬火處理硬度不均以及加工精度偏低，這些都會影響齒輪的精度，直接影響齒輪的承載能力及使用壽命。

（3）在安裝使用的過程中，如果安裝不規(guī)范，就無法保證安裝精確度，造成安裝質量不穩(wěn)定的情況發(fā)生，達不到齒輪安裝技術要求以及質量標準。齒輪在安裝過程中，要考慮多方面的因素，比如說齒輪軸中心線的平行度、水平度、接觸面積以及輪齒嚙合間隙等，這都會影響齒輪的工作壽命。如果安裝以后，沒能經過一定工作量的跑合過程，過早投入使用，會使齒輪提前達到疲勞強度，這就大大縮短了齒輪的使用壽命。還有如果安裝以后工作的過程中，不能及時地更換潤滑油脂，或者油脂達不到技術要求，甚至因為不經常檢查機械設備造成漏油、缺油的情況發(fā)生。還有就是不能定期清洗減速箱和齒輪，使減速器內混入一些煤粉及其他雜物，或者是操作不規(guī)范，這些情況都會使機械超負荷運轉，使齒輪超出其承載能力，縮短齒輪的使用壽命。

2提高齒輪質量及使用壽命的途徑

（1）從設計上著手在不改變齒輪外形尺寸的前提下，如何提高齒輪的強度和壽命是一個亟待解決的重要問題。煤礦機械由于其工作條件的特殊性，首先要從設計上入手，改變設計參數要求，增大齒輪應力極限強度以及屈服強度等，這就需要進一步優(yōu)化設計參數，進一步突破科研技術的限制。一般情況下，優(yōu)化設計的內容主要有強度計算公式的修正、齒輪載荷的精確計算、優(yōu)化齒形結構、合理選擇材料、提高表面光滑度、有效的潤滑度以及合理的硬度和裝配要求等。比如說在閉式齒輪傳動中，通常要保證齒面接觸疲勞強度，對于齒面硬度很高、齒芯強度低的齒輪或者是材質較脆的齒輪，通常要優(yōu)先保證齒根的彎曲疲勞強度。功率較大的傳動，齒輪發(fā)熱量較大，易于導致潤滑不良及輪齒的膠合損傷，為了控制溫度的過快升高，應該進行散熱能力的計算。對于開式傳動齒輪，可以視具體需要適當增加模數。表1列舉了幾種比較先進的設計方法。

（2）材料的選擇方面由輪齒一般的失效形式可以知道，設計齒輪傳動時，應該保證齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合以及抗塑性形變的能力，而齒根必須要有高的疲勞強度，也就是說要有較高的抗折斷能力。所以說，對齒輪材料的基本要求就是齒輪的齒面要硬，而齒芯要有較好的韌性。一般而言，礦山機械設備的齒輪傳動功率很大，工作速度較低，周圍環(huán)境中煤炭粉塵含量較高，根據這一具體使用環(huán)境，煤礦機械設備傳動齒輪往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料，當然這也要根據具體情況進行選擇。比如說用冶金質量好的真空脫氣精煉鋼以及電渣重熔合金鋼來制造出的齒輪具有較高的純度和較好的致密度，塑性和韌性都非常好，含有的氮、氧及其他雜質很少，這就有效減少了材料機械性能的各向異性，使齒輪接觸和彎曲疲勞強度大大增加，使齒輪使用壽命增加。試驗表明：用電渣重熔鋼制造的齒輪在過載區(qū)內的壽命比普通電爐鋼制造的齒輪壽命平均提高6倍,而用精煉鋼則提高4倍。表1齒輪斷裂、點蝕、剝落影響因素表注:↗代表增加；↗↗代表明顯增加；↘代表下降；↘↘代表明顯下降。

（3）從加工工藝和熱處理方面入手提高齒輪加工精度以及表面硬度，還要注重表面的強化處理。為了減少齒輪在傳動中的磨損現象，一般是降低齒輪的表面粗糙度和提高加工精度。在進行齒輪加工時，每一步工序都應該按照設計標準規(guī)范進行操作，要分清粗滾、精滾工序的流程，先用滾刀進行粗切，然后再用專用的滾刀進行精加工，保持滾刀精度并用百分表來控制切齒深度，誤差控制在零位附近，確保加工精度。還有就是齒輪的表面粗糙度必須達到設計要求，通常情況下采用研磨、磨削以及拋光等工藝手段可以改善齒輪齒面的粗糙度，有利于增加齒輪的使用壽命。另外就是對齒面的修形、齒形修緣等，能減輕嚙合過程中偏載現象，提高齒輪承載能力。要提高齒輪的表面硬度，可以采用各種滲入工藝，比如可以采用滲碳淬火的熱處理工藝使齒面獲得較高的硬度，而齒芯仍然硬度較低，保持了良好的韌性，由齒輪表面到齒芯的硬度梯度要緩和，以適應傳動機械設備的工作要求。經過滲碳淬火或者磨齒后，尚需對齒輪做最后的強化處理，主要是采用噴丸強化的方式，噴丸強化表面的電拋光或者是振動拋光可以去除一定的表面層厚度并降低表面粗糙度，有效地抵抗破壞性的沖擊，減少齒輪點蝕，增大耐久極限。任意尺寸的齒輪都可以采用噴丸強化處理的方式來增強齒輪齒根的抗彎曲疲勞性能，提高齒輪疲勞壽命，齒輪噴丸與不噴丸相比壽命可提高6倍。

（4）安裝齒輪要進行正確的安裝運行，才能提高使用壽命。經過一定的試驗表明，安裝齒輪時，正確調整齒輪兩軸間的平行度和垂直度，可以有效避免間隙過大、過小以及扭斜等問題的產生，使齒輪的嚙合間隙合適，另外提高減速器齒輪副的安裝精度對提高齒輪的承載能力、減少磨損以及提高使用壽命有著很大的影響，不管是新安裝、檢修或者更換安裝，都應該嚴格遵守安裝技術標準。新齒輪在安裝使用時，首先要進行充分的跑合，達到一種最佳的工作狀態(tài)，要注意的是為保證安裝精度及正常的嚙合，齒輪更換時應該成對進行更換，然后要進行科學地維護管理，定期進行檢測，了解齒輪的磨損狀況，開展故障診斷，及時的發(fā)現問題，進行處理。還要定時檢查減速箱的工作情況，及時更換油脂，防止其他異物進入，一旦發(fā)現，及時清掃，改善減速器密封性，防止漏油情況的發(fā)生，最重要的是要嚴格按照規(guī)則進行操作，不能超負荷工作。

（5）加強齒輪潤滑性能，防止磨損過快齒輪的潤滑應該引起足夠的重視，應按照理論規(guī)律進行齒輪潤滑參數設計，同時要根據不同的齒輪材質，選用不同的油脂，一般對于傳遞負荷較輕的齒輪，應該選用純礦物油，而對于傳遞負荷較大，且所處工作環(huán)境較為復雜的齒輪，應該選用極壓齒輪油。潤滑油粘度選擇的主要依據是齒輪的切線速度，對于速度不高的齒輪，宜選用黏度高一些油來潤滑，對速度較高的齒輪傳動，要用噴油潤滑，宜選用黏度低的潤滑油。齒輪的潤滑效果會影響齒輪的齒面點蝕、齒面膠合以及塑性變形的狀況，所以應該根據各類潤滑工況對齒面強度的影響進行具體分析,結合實際情況，選擇合適的潤滑劑和潤滑方法，從而提高齒輪使用壽命。

3結語

煤礦機械傳動齒輪是整個傳動設備的核心部件，所以說它的使用壽命就決定著整個機械設備的使用壽命。煤炭的開采關乎著國家的經濟發(fā)展，要從根本上著手，不斷結合實際情況，去探索提高齒輪質量和使用壽命的有效途徑，減少煤礦安全事故，增大產出，為國家的建設貢獻出更大的力量。

作者：韓蕓芳單位：吉林工業(yè)職業(yè)技術學院