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工業齒輪常見損傷和潤滑管理

作者:admin 時間:2022-04-14 17:57:20


齒(chi)輪損傷的(de)類型多種(zhong)多樣(yang),包括斷裂、表面疲勞(點(dian)蝕、剝落)、塑性流動、擦傷、膠合、腐蝕磨損、燒焦等(deng)(deng)。為了防止齒(chi)輪失效,人(ren)們首先(xian)會從機(ji)械角(jiao)度考慮問(wen)題,如(ru)選擇優良的(de)齒(chi)輪材料(liao)、合理的(de)齒(chi)輪設計參數(shu)、先(xian)進(jin)的(de)熱處(chu)理技(ji)術以及高(gao)精度的(de)機(ji)加工工藝等(deng)(deng),這(zhe)都(dou)是必(bi)不(bu)可少且行之有(you)效的(de)。

工業齒輪常見損傷和潤滑管理(圖1)

不(bu)容忽視(shi)的是,合理(li)潤滑對避免、減輕和(he)延(yan)緩齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)失效同樣具有明顯的效果,因(yin)此,齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)潤滑劑被(bei)看作是齒(chi)(chi)輪(lun)(lun)機構的元件之一。


剝落


剝(bo)落機理和點蝕相(xiang)同(tong),從硬齒面(mian)或表(biao)面(mian)硬化齒面(mian)上去除由(you)(you)于熱(re)處理不(bu)當(dang)而引起的應力或由(you)(you)于次表(biao)面(mian)裂痕產生的較大金屬屑,形成(cheng)剝(bo)落。它是由(you)(you)材料(liao)缺陷、過載或其他使用問題而引起。點蝕、剝(bo)落通常被稱為(wei)金屬表(biao)面(mian)疲勞,潤滑油的粘(zhan)度(du)、種類、添加(jia)劑對這種磨損形態均有(you)影響。


黏度對齒(chi)輪疲勞壽命影(ying)響(xiang)最大。大多(duo)數都認為黏度越大,產生疲勞所需的(de)時間越長(chang)。這是由(you)于在(zai)滾動接觸中于齒(chi)面間介入油膜,則壓力分布就變(bian)得平緩;滾動面上的(de)微觀凸凹由(you)于油膜的(de)存在(zai)而被覆蓋(gai);對外部的(de)負(fu)荷變(bian)化(hua)有緩沖作用(yong)等原因引起(qi)的(de)。


潤滑油種類(lei)不(bu)同,對滾動疲(pi)勞(lao)的產生(sheng)有(you)相當大的影響(xiang),如同一黏度的環烷基油比石蠟基油產生(sheng)疲(pi)勞(lao)所需的時間要(yao)長。另外分子(zi)結構與壽命的有(you)關系,即黏度相同的油,分子(zi)中環數越(yue)多者,使用壽命越(yue)長。


潤(run)滑劑分子極性(xing)和活性(xing)增大,一(yi)般有縮短(duan)滾動疲勞(lao)壽(shou)命(ming)的作用,例如,同(tong)(tong)醇中(zhong)的OH(羥基)被極性(xing)強的COOH(羧基)取代,則疲勞(lao)壽(shou)命(ming)降低1/4;酯比羧酸(suan)和醇的壽(shou)命(ming)長。這(zhe)些(xie)都是由于(yu)化學表(biao)面(mian)活性(xing)不(bu)同(tong)(tong)對裂紋(wen)的產生和發展影響不(bu)同(tong)(tong)的原因。


添(tian)加劑的影響很復雜,在不同條件下結果(guo)不一致。用滾動四球機(ji)研究的結果(guo)表明,添(tian)加二丁基亞磷(lin)酸酯(zhi)和(he)氯(lv)化(hua)石蠟則壽(shou)命降低,而加元素硫則壽(shou)命延長。


添加(jia)劑種類(lei)和添加(jia)量不同(tong),對壽(shou)命(ming)(ming)影響有(you)相當大的差別(bie)。硫化(hua)萜(tie)烯和二(er)烷(wan)基二(er)硫代(dai)磷酸鋅添加(jia)2%左右時能顯著提高疲勞(lao)壽(shou)命(ming)(ming)。但添加(jia)量再增加(jia),延長壽(shou)命(ming)(ming)的作用逐漸變(bian)小;而當到(dao)某一添加(jia)量以后,壽(shou)命(ming)(ming)反而降低。



塑性流動


這(zhe)是由(you)于重(zhong)載而使表面(mian)應力超過齒(chi)(chi)(chi)輪材(cai)(cai)料(liao)的彈性極限而引起(qi)輪齒(chi)(chi)(chi)表面(mian)變形(xing)。通(tong)常在(zai)較軟材(cai)(cai)料(liao)中出現這(zhe)種情(qing)況(kuang),表面(mian)材(cai)(cai)料(liao)可能沿(yan)齒(chi)(chi)(chi)端面(mian)和齒(chi)(chi)(chi)頂擠壓,最后(hou)在(zai)齒(chi)(chi)(chi)面(mian)上形(xing)成毛刺。節(jie)線起(qi)皺突(tu)起(qi)或齒(chi)(chi)(chi)根凹陷也屬于這(zhe)個范疇。


如果這(zhe)類(lei)破壞現象是(shi)由強烈振動或(huo)沖(chong)擊(ji)載(zai)荷引起(qi)的話,則(ze)高粘度潤滑(hua)劑有緩沖(chong)載(zai)荷的作用,但僅靠(kao)改變潤滑(hua)劑不能解決這(zhe)類(lei)問(wen)題。


擦傷


這(zhe)是磨(mo)料磨(mo)損(sun)的一種(zhong)(zhong)類型,當硬顆粒(li)尺寸大于隔開輪(lun)齒(chi)表面的油膜厚度,并進入(ru)齒(chi)輪(lun)嚙合(he)區域時,齒(chi)表面在(zai)滑動方向就(jiu)會出現擦傷,這(zhe)些(xie)顆粒(li)可能是灰(hui)塵、沙(sha)、鑄造氧化皮、齒(chi)輪(lun)或軸承材料或任何其(qi)它磨(mo)屑,以各種(zhong)(zhong)方式進入(ru)潤滑系統。


上述這些(xie)雜質(zhi)可(ke)以在空氣(qi)中并通(tong)過(guo)密封(feng)不(bu)嚴的(de)(de)罩或(huo)敞開(kai)的(de)(de)檢視(shi)孔進入,也可(ke)能(neng)是沒有認真清洗箱體或(huo)旋(xuan)轉零件(jian)而混入雜質(zhi)造(zao)成;磨(mo)屑也可(ke)能(neng)是齒輪磨(mo)損的(de)(de)產物,通(tong)過(guo)實驗分(fen)析可(ke)指出這些(xie)顆粒(li)材(cai)料(liao)的(de)(de)類(lei)型。


加大潤滑(hua)劑粘度能提高(gao)油膜厚(hou)度,這(zhe)樣能減輕擦傷(shang)(shang),但不能根治它。最(zui)好的解決(jue)辦法(fa)是(shi)對(dui)乳(ru)化劑進行精密的過(guo)濾(lv)和改善維護條件等(deng)以除掉磨粒。一旦這(zhe)些問題得以解決(jue),齒輪表(biao)面的損傷(shang)(shang)也將會停止。



膠合


膠(jiao)(jiao)合(he)(he)是油(you)膜被(bei)破壞而引起的(de)金屬熔融后產生的(de)損傷(shang)。膠(jiao)(jiao)合(he)(he)程度輕的(de)是在油(you)滑動方向有撕(si)裂的(de)痕跡(ji),嚴重的(de)是齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)面的(de)損壞,不能繼續使用。易(yi)引起膠(jiao)(jiao)合(he)(he)的(de)部位是嚙合(he)(he)面的(de)開始(shi)和(he)(he)終(zhong)止處(chu),即(ji)減速(su)時在小齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)根(gen)(gen)和(he)(he)大(da)(da)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪的(de)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)頂,或小齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪的(de)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)頂和(he)(he)大(da)(da)齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)輪齒(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)根(gen)(gen)。這是因為這些地方滑移速(su)度大(da)(da),而且嚙合(he)(he)開始(shi)時一般有很大(da)(da)的(de)力。關于產生膠(jiao)(jiao)合(he)(he)的(de)條件有負荷、滑移速(su)度、摩(mo)擦(ca)系數、材質、制造(zao)誤差、應力集(ji)中和(he)(he)潤(run)滑油(you)等多種因素(su),非常復雜。


熱比機械力更(geng)容易(yi)削弱油膜強度(du)。齒輪負荷(he)中相當大(da)的(de)(de)(de)(de)部(bu)分是以邊界摩擦傳遞的(de)(de)(de)(de),所以負荷(he)和速度(du)增(zeng)加,接(jie)觸(chu)部(bu)分的(de)(de)(de)(de)發(fa)熱也增(zeng)加,膠合的(de)(de)(de)(de)危險(xian)性大(da)。接(jie)觸(chu)部(bu)分的(de)(de)(de)(de)發(fa)熱與pυT成比例(p是最大(da)接(jie)觸(chu)應力,υ是齒面相對滑移速度(du),T為節(jie)點到(dao)嚙(nie)合的(de)(de)(de)(de)距離)。齒面嚙(nie)合的(de)(de)(de)(de)瞬間可以達到(dao)相當高的(de)(de)(de)(de)溫度(du),接(jie)觸(chu)點油膜破裂是由于這種高溫引(yin)起的(de)(de)(de)(de)。


黏度對膠(jiao)合有較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)影(ying)響。油的(de)(de)黏度高(gao)難以引起(qi)擦傷,因(yin)(yin)為黏度越(yue)高(gao),油膜越(yue)易形成(cheng),油膜也越(yue)厚(hou),使(shi)負荷在流體(ti)潤滑領域中(zhong)的(de)(de)比例(li)就大(da)(da)。這就是黏度大(da)(da)的(de)(de)油具有抗(kang)膠(jiao)合性能(neng)好的(de)(de)原因(yin)(yin)。


潤(run)滑(hua)油(you)(you)(you)種(zhong)類和添加(jia)劑對(dui)膠合(he)的(de)(de)影(ying)響很大,極(ji)壓(ya)油(you)(you)(you)比(bi)非極(ji)壓(ya)油(you)(you)(you)抗(kang)(kang)膠合(he)性好得多。極(ji)壓(ya)添加(jia)劑也因其種(zhong)類不同和往油(you)(you)(you)中(zhong)添加(jia)量(liang)不同而(er)異,一般(ban)添加(jia)量(liang)大的(de)(de),抗(kang)(kang)膠合(he)性好。不同抗(kang)(kang)極(ji)壓(ya)水平(ping)的(de)(de)油(you)(you)(you)其抗(kang)(kang)膠合(he)性不同。抗(kang)(kang)極(ji)壓(ya)水平(ping)高(gao)的(de)(de)油(you)(you)(you)抗(kang)(kang)膠合(he)性好。極(ji)壓(ya)劑添加(jia)量(liang)越多,齒(chi)輪油(you)(you)(you)抗(kang)(kang)擦傷性能越好。


油量和潤(run)滑方法對(dui)膠合亦有較大影響。在齒輪嚙合區油量供(gong)應(ying)不足時,引起齒輪發熱(re),抗(kang)膠合性能下降。隨著油量的增加,抗(kang)膠合負荷增加,循(xun)環(huan)噴油比油浴潤(run)滑好(hao)。


腐蝕磨損


輕(qing)微點蝕或齒表(biao)面生(sheng)銹或暴露的(de)(de)無油漆的(de)(de)金屬表(biao)面會(hui)出現(xian)腐(fu)蝕和腐(fu)蝕磨(mo)損。腐(fu)蝕可(ke)(ke)能由(you)于(yu)油中(zhong)(zhong)的(de)(de)冷凝水或者熱(re)交換器中(zhong)(zhong)漏出的(de)(de)水而(er)引起;也可(ke)(ke)能由(you)于(yu)潤滑油中(zhong)(zhong)的(de)(de)酸或腐(fu)蝕添加劑而(er)引起的(de)(de)。


某些潤滑油(you)添(tian)加劑(ji)可(ke)以防止(zhi)齒輪(lun)表面生(sheng)(sheng)銹,從而達到防止(zhi)腐(fu)蝕(shi)的(de)作用(yong)。另外一些則(ze)是阻止(zhi)油(you)氧化而生(sheng)(sheng)成酸。如果知道產生(sheng)(sheng)腐(fu)蝕(shi)的(de)原因來自外部,還是可(ke)以糾正的(de)。


燒焦


如果齒輪的齒遭(zao)受強(qiang)熱,材料(liao)硬度將降低(di)。軟化的材料(liao)將迅速(su)被(bei)去(qu)除,因為它不(bu)能承受相應(ying)負荷。


這種(zhong)現象的特(te)點是齒(chi)輪表面由于溫度高而使其變色,如(ru)果(guo)熱源來自(zi)外部,就必(bi)須予以糾(jiu)正(zheng),如(ru)果(guo)是摩擦問題,則要重新(xin)考(kao)慮潤滑(hua)劑(ji)類型和(he)潤滑(hua)方(fang)法。



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