减速机齿轮点蚀产生原因分析及应对措施

减速机在使用过程中最常见的损坏形式。是搅拌机的重要组成部分,齿轮是减速机的心脏,齿轮损坏是减速机失效的主要原因之一,齿轮损坏形式有：齿面点蚀、轮齿折断、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性流动等。在减速机的使用过程中,齿轮点蚀是减速机最常见的损坏形式,减速机齿轮点蚀严重会造成设备运行振动大, 油温升高,加剧轴承磨损,以至减速机使用2-3年就需要进行大修。通过对事业部2016年度仕高玛减速机维修统计 。可以看出对于仕高玛搅拌机减速机而言, 齿面点蚀是减速机在使用过程中最常见的损坏形式。

1 齿轮点蚀机理

1.1 点蚀概念

一对齿轮啮合时,两齿面之间在接触处产生循环变化的接触应力( 见图1 ) ,如果这种接触应力超过齿面材料的接触疲劳极限时,齿轮工作一定时间以后, 在齿面表层内部就会出现微观的疲劳裂纹, 随着这种裂纹的蔓延与扩展, 齿面金属表层将产生片状剥落而形成麻坑( 见图2 ) , 这种现象称为点蚀[ 1 ] 。当点蚀出现以后,齿面的承载面积迅速减少,并使接触应力急剧增大,不仅加剧了齿面的疲劳破坏, 同时也破坏了齿面啮合的正确性,引起相当大的动负荷,最终导致齿轮齿面的大片剥落而报废。

1.2 点蚀机理及过程

齿面点蚀属于表面疲劳磨损,是指齿轮啮合时,轮齿衰面在交变应力作用下,产生裂纹和分离出微片而破坏的结果。根据克拉盏里斯基的磨损疲劳理论, 点蚀的基本机理是：由于表面粗糙度和波纹度的存在,两个齿面的表面接触是不连续的；磨损是由于实际接触区的局部变形和局部应力而发生的材料机械破坏过程；摩擦表面某些部分的材料疲劳破坏将取决于接触区所承受的交变载荷。点蚀过程是由三个发展阶段所组成的。一是面的相互作用；二是在摩擦力的影响下,接触材料表层性质的变化；三是表面的破坏和磨损徽粒的脱落。表面相互作用是这三个发展阶段中最重要的阶段,同时必须考虑到相互作用的双重特性和接触的不连续性。

2 点蚀产生的原因及应对措施

2.1 减速机制造、装配精度的影响

减速机的早期点蚀原因之一是由于装配精度低,造成齿轮接触面积减小局部超负荷, 使实际接触应力大大超过齿轮材料的许用接触应力, 这是由于该齿轮副的两中心线不平行或交叉偏差过大和齿轮加工时齿向误差过大造成的。而齿轮材料的和热处理硬度选择不当, 造成齿面硬度偏低, 满足不了运行需要, 也是造成点蚀的一个重要原因。

2.2 安装精度的影响

在减速机和电机安装后轴对中不合规范要求, 造成电机联轴器和减速机输入端联轴器不同心, 造成减速机输入端齿轮受力不均, 一侧传动齿轮超负荷受力, 引起齿面点蚀, 造成减速机齿轮损坏失效。

2.3 载荷的影响

搅拌设备减速机载荷主要来源有两个：一是载荷主要来源于搅拌、桨叶载荷, 釜内介质密度过大、液位过高都会造成搅拌载荷增大, 引起齿轮点蚀；二是传动轴系振动引起载荷增大, 由于轴承与轴承孔配合间隙变大、传动轴承刚度等原因, 引起轴系不正常振动,产生齿面点蚀。

2.4 润滑油的影响

润滑油能减少机械传动中的磨损, 减震、润滑、提高设备预期寿命。因此在日常的齿轮维护中, 创造良好的润滑条件, 采用合理的润滑技术减少和降低齿轮齿面点蚀磨损等损伤是现场技术人员必须关注的课题[ 3 ] 。

2.4.1 润滑油油质的影响

齿轮产生齿面点蚀的首要条件是有微裂纹． 然后在工作过程中多次重复受载, 裂纹不断扩展, 导致点蚀． 裂纹源是由于机械加工产生于表面, 或材料组织不均匀( 存在夹渣、气孔和硬质颗粒等) 以及局部剪切应力过大, 产生于表层( 表面下) , 裂纹源反复受载, 裂纹逐渐被拉开, 以至延伸到表面而脱落。润滑油的粘度对点蚀的影响很大, 工作过程中稀薄的润滑油比粘稠的润滑油更易渗透到裂缝中去, 造成裂纹的扩展, 粘度大的润滑油缓冲吸振性强, 承载能力强。粘度高的润滑油, 可以减缓冲击． 延缓裂纹的扩展, 增强齿轮的抗点蚀能力。如果添加低粘度的润滑油, 极易造成减速机齿轮点蚀。在生产使用经常出现减速机箱体内进水造成润滑油乳化的现象, 发现减速机进水主要来源是减速机输入端油封损坏后, 水沿着减速机输入轴进入齿轮箱, 造成润滑油乳化变质。使润滑油的粘度降低,承载能力降低, 造成齿面点蚀。

2.4.2 添加剂的影响

润滑油添加一定比例的油性剂、极压添加剂, 会起到降低摩擦, 增大边界油膜的强度, 可以提高齿轮的抗点蚀能力。但有些添加剂中存有腐蚀性物质, 会导致金属齿面锈蚀, 从而引发裂纹；添加剂中存在气泡也会造成齿面点蚀磨损脱落。

2.4.3 油温的影响

油温过高会降低润滑油粘度, 不利于齿轮齿面间的油膜形成, 齿轮啮合面的润滑膜变薄, 齿面的承载、抗磨能力降低, 出现点蚀。

3 减少点蚀的措施

（ 1 ） 在进行减速机选型时, 根据设备的使用载荷选择适当的齿轮材料和热处理硬度, 由专业技术人员对减速机组装进行监造, 确保齿轮安装精度, 保证齿轮的接触精度, 从而减少点蚀。

（ 2 ） 搅拌轴安装时, 严格控制搅拌釜机架的找平和搅拌轴的铅锤度和跳动度, 铅锤度< L / 1000 , 跳动度<5mm , 减小搅拌系统的跳动和不均匀载荷。

（ 3 ） 减速机和电机分段安装, 减速机和电机、减速机和被带动设备间严格按《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231 就行设备轴对中找正, 使两端跳动不超过0 .1mm , 保证减速机安装精度。

（ 4 ） 对于搅拌减速机,合理控制喷胶量,控制釜内物料密度, 稳定釜内液位,减少载荷及降低交变载荷的变化率,从而减少齿轮点蚀。

（ 5 ） 合理选择底部轴承和中间轴承的材质, 将以前的锡青铜和四氟乙烯材质改为四氟乙烯+ 尼龙,减少了轴承和搅拌轴的磨损及时修复轴承及轴承与轴承座间间隙来减少由于振动带来的减速机载荷增大,以此延长齿轮使用寿命。

（ 6 ） 选择合适粘度的润滑油,定期对油质抽检, 出现问题时及时更换。电机与减速机连接处和减速机输入轴油封压盖加密封胶, 防止雨水进入。

（ 7 ） 搅拌减速机使用循环水进行冷却, 循环水中的钙化物会在内冷管内沉积造成内冷管和换热器换热效果差,甚至堵塞造成润滑油油温过高, 因此应定期对减速机内冷管进行化学清洗, 保证内冷管的撤热效果,避免温度升高引起减速机齿轮点蚀。

（ 8 ） 减速机在选择合适的润滑油后可适当按照比例混合一些抗磨耐压的添加剂,增强减速机齿轮的润滑效果,减少齿轮的点蚀。

4 结论

仕高玛减速机齿轮发生点蚀的影响因素较多, 不仅与减速机自身的制造精度, 齿轮材料, 硬度配比有关, 还和减速机、搅拌系统的安装精度, 载荷分布和冷却、润滑有着密切的关系。因此在今后减速机的设备安装和维护方面, 严格按照上述措施进行改进, 降低减速机齿轮点蚀的程度, 延长减速机的使用寿命