鄭健

摘要：齒輪是機械變速箱的關(guān)鍵零部件，在維持設(shè)備持續(xù)運行能力發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用。以此開展了機械變速箱的齒輪失效作用分析及改進研究。針對齒輪運轉(zhuǎn)摩擦失效、機械變速箱微震失效及齒輪沖蝕作用是失效3個方面的問題，提出更換齒輪原材料、使用化學(xué)藥品、隔離劑等具有潤滑作用的試劑鍍層齒輪內(nèi)部機體、調(diào)整軟韌性材料運轉(zhuǎn)角度等改進措施。提升齒輪在變速箱的持續(xù)運轉(zhuǎn)能力。

關(guān)鍵詞：機械變速箱;齒輪失效;作用分析;改進

0? 引言

工業(yè)的發(fā)展在一定程度上促進了現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備的革新，盡管大規(guī)模使用機械設(shè)備可提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，但在使用中會不可避免的出現(xiàn)機械設(shè)備故障抑制生產(chǎn)活動持續(xù)進行的現(xiàn)象發(fā)生，變速箱作為機械設(shè)備運行的關(guān)鍵零部件之一，在維持設(shè)備運行過程中起到了重要的作用。結(jié)合目前對于機械變速箱的研發(fā)，線路總成的可靠性是評估設(shè)備綜合性質(zhì)量的有效方法之一。齒輪轉(zhuǎn)動是機械設(shè)備運行失效的主要模式，主要是指在設(shè)備運行過程中，由于設(shè)備齒輪運轉(zhuǎn)受到外界因素的控制，導(dǎo)致整體機械設(shè)備功能發(fā)生損傷性失效[1]。機械變速箱在運行過程中會由于設(shè)備潤滑能力較差、清潔不完全或變速箱安裝階段的操作不規(guī)范，造成設(shè)備齒輪磨損，進而導(dǎo)致齒輪失效。失效作用共分為齒輪粘著失效、齒輪擦傷失效或腐蝕性失效，無論任何一種失效作用均會對齒輪運轉(zhuǎn)造成損傷、內(nèi)部材料損耗。作用分析主要是指采用多種技術(shù)手段，檢索機械設(shè)備出現(xiàn)失效的原因，并根據(jù)設(shè)備的實時運行情況，制定合理的故障改進措施，避免相同失效作用的反復(fù)出現(xiàn)，以此可證明分析機械設(shè)備變速箱的齒輪失效作用是提高設(shè)備運行質(zhì)量的主要手段。為機械設(shè)備的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)層面支持。

1? 機械變速箱的齒輪失效作用分析

結(jié)合接卸變速箱在設(shè)備中的應(yīng)用方式及實時運轉(zhuǎn)情況，下述將從3個方面，開展機械變速箱齒輪失效作用的詳細分析。分析機械變速箱內(nèi)齒輪的磨損現(xiàn)狀，由于齒輪運轉(zhuǎn)中會與設(shè)備機體表層產(chǎn)生摩擦，發(fā)生滑動或滾動作用，滑動摩擦持續(xù)一段時間，設(shè)備內(nèi)部會產(chǎn)生大量熱量，降低潤滑劑的潤滑作用。此外，滑動摩擦會導(dǎo)致設(shè)備構(gòu)成原材料受到損害，導(dǎo)致滑道上堆積部分材料顆粒，抑制齒輪轉(zhuǎn)動[2]。齒輪在持續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，渣料顆粒嵌入設(shè)備表層，造成機體內(nèi)部表層凸起，或鍥入轉(zhuǎn)入角（/迎角）內(nèi)，對生產(chǎn)活動造成一定程度的影響。如圖1所示。

根據(jù)圖1中表述信息，隨著齒輪迎角角度的增大，齒輪受到切削的截面面積逐步增大，呈現(xiàn)正向相關(guān)函數(shù)關(guān)系[3]。齒輪受到磨削失效作用影響相對平穩(wěn)，及角a大于20時，處于失效可調(diào)節(jié)狀態(tài)，經(jīng)過多次齒輪磨粒實驗，齒輪中粒度值或粒度尺寸大小同樣會對齒輪失效造成影響，成為抑制變速箱持續(xù)運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵元素之一。

機械變速箱微震通常發(fā)生在機械設(shè)備緊配摩擦區(qū)間，包括齒輪中心軸與軸承孔洞連接誤差，齒輪螺絲扣與設(shè)備機體連接過松或過緊，編織繩纏繞次數(shù)過多等，上述提出的措施產(chǎn)生的震動頻率通常在30～500微米之間，此時狀態(tài)下產(chǎn)生的微陣為造成齒輪與機體表面在較短時間內(nèi)的大量反復(fù)接觸。若變速箱安裝原材料為鐵、銅等金屬，極易在微震狀態(tài)下金屬發(fā)生物理作用，例如，鐵、銅金屬的氧化，變速箱內(nèi)壁隨之產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，并在微震狀態(tài)下掉落金屬殘渣，掉落的殘渣依附在變速箱內(nèi)壁上，對設(shè)備齒輪運轉(zhuǎn)造成不可逆的損害，嚴重狀態(tài)下會造成變速箱管線斷裂。

齒輪沖蝕作用是失效檢測中極易被忽視的失效作用之一，主要是指齒輪在運轉(zhuǎn)中由于空氣中細微的化學(xué)物質(zhì)或水汽帶來的分子顆粒，沖刷變速箱機體，在表面形成一層新的保護鍍層，盡管對機體化學(xué)反應(yīng)造成一定的抑制作用，但會對齒輪運轉(zhuǎn)中的形變造成影響。尤其固體離子當摩擦溫度升高時，在空間中游離速度最高可達55～65m/s，在齒輪反復(fù)形變的過程中對其造成一定的沖擊力，降低性便可持續(xù)能力。硬質(zhì)材料受到固體離子超過600的沖擊時，會基于其脆性物理性質(zhì)導(dǎo)致齒輪嚴重受損，且溫度與粒子運動速度兩者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，齒輪運轉(zhuǎn)速度越快，產(chǎn)生摩擦力越大，管體內(nèi)穩(wěn)定持續(xù)升高，粒子運動速度提升，對齒輪造成的沖擊力強度加大，造成機械變速箱的齒輪失效。

2? 改進措施

根據(jù)上述開展的機械變速箱齒輪失效作用分析，明確了齒輪失效的主要原因，以此下述將從3個方面提出合理的改進策略。其一，按照機械設(shè)備標準流程安裝變速箱齒輪，更換齒輪原材料，在提升齒輪形變能力的同時，提高機體的綜合硬度?；蛟谑褂迷疾牧系幕A(chǔ)上，引入第二材質(zhì)材料，提升齒輪運轉(zhuǎn)中自身的切削能力，在硬力程度較高的條件下，析出高質(zhì)材料，或塑形硬化材料，提供齒輪可持續(xù)運轉(zhuǎn)材料方面支持[4]。對于已經(jīng)出現(xiàn)脆性情況的齒輪，可采用提升機體材料力度的方式，改善其脆性特點。增加機體內(nèi)部的潤滑程度，滴澆橄欖油、潤滑油，防止生產(chǎn)碎渣或直徑大于1微米的磨粒與機體內(nèi)部表層之間接觸。

其二，在齒輪安裝初期，使用專業(yè)設(shè)備磨砂紙打磨齒輪與機體直接接觸面，提高表層之間的平滑而航都，降低平面粒度值，進而降低微區(qū)震動幅度，減少掉落的碎渣，減小微震區(qū)域接觸應(yīng)力數(shù)值[5]。同時，使用化學(xué)藥品、隔離劑等具有潤滑作用的試劑，不但可避免金屬長時間暴露在空氣中氧化，同時可在齒輪內(nèi)部形成一層新的機體保護鍍膜，對齒輪運轉(zhuǎn)起到隔離保護作用。由于齒輪微震失效是由于電化學(xué)對齒輪產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕，因此，應(yīng)配套齒輪螺絲與機體，加緊配套裝置，降低微震產(chǎn)生的概率。此外，增設(shè)摩擦隔離層，包括在齒輪間隙中填充四氟乙烯化學(xué)填充劑，安裝設(shè)備隔絕套或隔絕膜，配對材料與支持材料，避免由于金屬性質(zhì)不同造成失效影響。

其三，針對上述提出的齒輪沖蝕失效作用，首先應(yīng)將軟韌性材料運轉(zhuǎn)角度調(diào)整至30°，提供齒輪沖擊角緩沖區(qū)域，避免對齒輪的直接傷害，適當?shù)恼{(diào)整沖擊角角度值可有效的降低壓力值。其次，降低齒輪內(nèi)部表層粗糙程度，調(diào)整齒輪正確運轉(zhuǎn)形狀，避免微力區(qū)域過于集中導(dǎo)致齒輪運轉(zhuǎn)故障。最后，鍍層外部金屬，調(diào)整齒輪軸向力作用，縮短齒輪中心軸間隙，降低由于齒輪形變帶來的壓力誤差。

3? 結(jié)束語

齒輪失效會直接影響機械設(shè)備的可持續(xù)運轉(zhuǎn)，嚴重情況下威脅設(shè)備安全，造成較為嚴重的經(jīng)濟損失，以此本文開展了機械變速箱的齒輪失效作用分析及改進的研究。由于機械設(shè)備運轉(zhuǎn)中可對齒輪造成影響的因素較多，因此，有關(guān)調(diào)研人員應(yīng)不斷加強及完善機械設(shè)備的更新，查找出現(xiàn)齒輪失效的詳細原因，引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，評估不同失效作用權(quán)重比值，設(shè)計專門數(shù)據(jù)庫，用于存儲齒輪失效數(shù)據(jù)，一經(jīng)發(fā)生相似齒輪失效，可在最快時間內(nèi)做出反應(yīng)，提出改進策略，進而保障變速箱的持續(xù)運行。

參考文獻：

[1]王榮.風能發(fā)電機組結(jié)構(gòu)件的失效分析與預(yù)防（待續(xù)）第2講齒輪的失效分析與預(yù)防[J].理化檢驗（物理分冊），2019，55（10）：667-675.

[2]吳仕賦，任明輝，賈軍風，陳亮.B_（10）150萬公里變速器的齒輪失效分析與優(yōu)化設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造，2018（09）：228-231，235.

[3]靳紅玲，陳雨，張軍昌，侯俊才，陳軍.虛實結(jié)合技術(shù)在汽車變速箱拆裝實踐中的應(yīng)用研究[J].教育教學(xué)論壇，2019（39）：143-144.

[4]王聰，秦毅，張林濤.不同路面對配有AT自動變速箱的汽車的最低穩(wěn)定車速的影響的研究[J].汽車實用技術(shù)，2018（02）：111-112，117.

[5]甄鵬厚，王月行，安海珍，董志磊，李華君.行車路試的工程機械液力傳動油長壽命周期[J].中國工程機械學(xué)報，2018，16（05）：467-470.