齿轮在机械传动系统中的应用

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[摘 要]齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种主要形式，是机械产品的重要基础零部件。本文分析了齿轮在机械传动系统应用中常出现的问题与原因，并提出了有效的控制策略。

[关键词]齿轮；传动；磨损；折断

中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0173-01

一、齿轮在机械传动系统应用中的损伤和失效形式

齿轮传动与带、链、摩擦、液压等机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长等一系列特点。齿轮传动是许多机械产品不可缺少的传动部件，也是机器中所占比重最大的传动形式。近几年来，虽然其他机械部件的制造技术与电传动技术有了较大的发展，但在生产中起到重要作用的传动形式仍为各种齿轮传动。齿轮在机械传动系统应用中的损伤和失效形式主要如下：

（一）齿面疲劳点蚀

齿轮轮齿在交变应力的作用下，当循环次数超过某一极限时，工作齿面便会产生微小的疲劳裂纹。如果裂缝内渗入了油，在另一齿轮的挤压下，封闭在裂缝内的油压会急剧升高，加速裂纹的扩展，最终导致表面层上小块金属的剥落，形成小坑，这种现象称为疲劳点蚀。

（二）齿面磨损

磨损是轮齿在啮合传动过程中，轮齿接触表面上的材料摩擦损耗的现象。主要发生在开式传动中的轮齿齿顶边缘和齿根过渡曲线部位。在闭式传动中，油不洁也可能发生。

（三）齿面胶合

在重载传动中，由于不当或散热不良等造成两齿轮工作齿面发生金属表面直接接触并相互粘连，较软齿面上的金属被撕下来形成伤痕的现象。

（四）塑性变形

在过大的应力作用下，轮齿材料因屈服产生塑性流动而形成齿面或齿体的塑性变形。在较大载荷和摩擦力的作用下会产生。

（五）轮齿折断

轮齿折断是指轮齿的一个或多个齿的整体或其局部的断裂。通常有疲劳折断和过载折断两种。一般由于在载荷的反复作用下，齿根弯曲应力超过允许限度时，发生疲劳折断；用脆性材料制成的齿轮，因短时过载、冲击发生突然断裂。

二、传动齿轮出现问题的原因

（一）设计方面

齿轮的设计参数的技术要求，与不同应用领域机械的实际工况和使用条件结合不够紧密，针对性不够强，缺乏专项切实的科研和实验。有些标准、规范和测试方法、计算方法不统一、不先进。

（二）制造方面

制造误差齿轮制造时造成的主要异常有：偏心、齿距偏差和齿形误差等。所谓偏心，是指齿轮（一般为旋转体）的几何中心和旋转中心不重合。齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距之差；而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。装配不良齿轮装配不当，会造成齿轮的工作性能恶化。

三、传动齿轮问题的控制

（一）设计控制

对于传递功率较大的齿轮，齿根弯曲变形是主要影响因素，宜选用较大模数。而对于一般载荷不大的齿轮，应尽可能选用较小模数，因为此时的加工误差是主要影响因素，而且模数小可增加齿数，是啮合系数增大，有利于提高传动平稳性。

（二）制造控制

1、选择合适的齿轮材料

实践表明，工件材料的硬度大于HB240-260时，滚刀的磨损会明显上升，当走刀量过大时，引起切削过程的冲击和振动也会过大，甚至折断刀齿，进而造成齿轮表面加工质量的下降。因此在条件允许的情况下，被加工材料的硬度应尽可能控制在HB180-220范围内。

2、控制滚齿精度来提高齿轮的加工质量

对一般精度不高的齿轮可采用精滚方法达到产品质量要求，用标准齿轮滚刀加工即可；对汽车用齿轮加工工艺则采用滚剃珩磨工艺加工，滚齿时用剃前齿轮滚刀加工，加工精度应提高1-2级，特别是周节累积误差、公法线长度变动量和齿圈径向跳动必须严格控制，这些项目的精度将直接影响剃齿的加工质量，加工精度应提高2级。

3、正确装卡工件

在齿轮加工过程中，滚齿刀对齿轮的径向压力相当大，如果工件装卡不牢，滚齿刀会在齿轮的齿面产生震动，这种震动有时会使齿轮的齿面产生微裂纹。微裂纹的大小及密度与振动的频率和切削速度有关。？9级以下低精度的齿轮要求齿圈径向跳动在0.07mm之内，齿圈径向跳动过大的原因是工件安装的径向跳动及端面跳动。如果工装上的夹瓣牙形角太尖，开始时能夹紧工件，使用一段时间以后，牙形角开始磨损，并出现工件夹不紧的现象，造成齿轮齿圈径向跳动超差。如果把牙形角的角度改为70°角，并进行淬火处理，消除牙形角磨损的现象，齿圈径向跳动就会在公差允许的范围之内。

4、提高热处理能力

渗碳齿轮的热处理变形直接影响到齿轮的精度、强度、噪声和寿命，即使在渗碳热处理后加上磨齿工序，变形仍然会降低齿轮的精度等级。控制齿轮变形也必须在制造齿轮的全过程中设法去解决：减少齿轮材料冶金因素对变形的影响；采用控温正火或等温退火来处理齿轮锻件；改进设备，优化工艺，减少淬火对变形的影响。

（三）维护

使用齿轮传动时，在启动、加载、卸载及换挡的过程中应力求平稳，避免产生冲击载荷，以防引起断齿等故障。经常检查系统的状况，油面过低则不良，油面过高会增加搅油功率的损失。对于压力喷油系统还需检查油压状况，油压过低会造成供油不足，油压过高则可能是因为油路不畅通所致，需及时调整油压，还应按照使用规则定期更换或补充规定牌号的油。注意检查齿轮传动的工作状况，如有无不正常的声音或箱体过热现象。不良和装配不符合要求是齿轮失效的重要原因。声响监测和定期检查是发现齿轮损伤的主要方法。

参考文献

[1] 陶发荀.传动系三大问题探索系列――轴承损伤及解决方案[J].汽车零部件，2010年6期.

[2] 李成美，项东，刘科高，许爱民，王志刚，王献.40Cr齿轮失效分析[J].热加工工艺，2007年4期.