趙巖鐵

齒輪傳動是農(nóng)業(yè)機(jī)械最主要的傳動方式。農(nóng)業(yè)機(jī)械齒輪傳動的功率較大，大型拖拉機(jī)、大型作業(yè)機(jī)械功率都在100 kW以上，經(jīng)常處于低速、大負(fù)荷甚至超負(fù)荷狀態(tài)工作，工作環(huán)境惡劣，加之使用保養(yǎng)不規(guī)范，因此齒輪傳動故障是常見的。影響齒輪傳動質(zhì)量的因素很多，從構(gòu)成結(jié)構(gòu)上來看有齒輪箱、軸、軸承等零件，從精度上來看各零件的制造精度、裝配精度，從設(shè)計(jì)上有選材、熱處理等，從使用上涉及到齒輪的保養(yǎng)與潤滑。

一、齒輪的失效形式與判定

齒輪失效是指齒輪傳動過程中在外力作用下，齒輪傳動的動力能力、傳動精度的喪失，使齒輪不能可靠地工作的現(xiàn)象。農(nóng)機(jī)齒輪的失效形式主要有斷齒、磨損、裂紋、點(diǎn)蝕、剝落、膠合、塑性變形等。

1.齒輪折斷

失效形式是齒輪的輪齒折斷，輪齒折斷有疲勞折斷與沖擊載荷作用下的折斷。疲勞折斷一般是由于輪齒的微裂紋在交變載荷作用下裂紋不斷擴(kuò)展所造成的，沖擊折斷是齒輪在嚴(yán)重過載、沖擊或異物進(jìn)入嚙合下產(chǎn)生的。

對于較大的輪齒折斷、裂紋的齒輪沒有修復(fù)的價值，需要更換新的齒輪。對于折斷量≤齒寬×1/4，有微波裂紋且不處于齒根部位的齒輪可以繼續(xù)使用。

2.輪齒磨損

磨損是使齒輪的齒厚變薄，變薄的齒輪傳遞載荷的能力下降，齒側(cè)間隙增大，齒輪在嚙合過程中會產(chǎn)生沖擊、振動且噪音增大。較小量的齒輪磨損可以正常使用，過大的磨損必需更換新的齒輪。

產(chǎn)生磨損的主要原因是在大負(fù)荷工況下長期地工作，產(chǎn)生的機(jī)械磨損；長期不更換潤滑油，潤滑油中的鐵屑、硬質(zhì)顆粒等造成的研磨磨損；沒有使用規(guī)定型號的潤滑油，使?jié)櫥?、減磨性能下降等原因所造成。齒輪磨損使齒輪嚙合產(chǎn)生沖擊振動、噪音增大，誘發(fā)牙齒折斷。

判斷磨損失效的依據(jù)是齒厚減薄量與齒厚的比值，M=△S/mn，△S為實(shí)測齒厚的減薄量（可用齒輪卡尺、游標(biāo)卡尺測量齒高中部的實(shí)際齒厚，△S為設(shè)計(jì)齒厚與實(shí)際齒厚的差），mn為齒輪的法向模數(shù)，對于拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的齒輪M≤40% ，M超過40%的齒輪就不能繼續(xù)使用了。

3.齒面點(diǎn)蝕

齒輪嚙合是齒輪上的牙齒依次工作，即齒面應(yīng)力狀態(tài)為循環(huán)交變的壓應(yīng)力、擠壓應(yīng)力所形成的復(fù)合應(yīng)力。農(nóng)業(yè)機(jī)械的齒輪常用中碳合金鋼經(jīng)過齒面高頻淬火、低碳合金鋼滲碳淬火處理，熱處理使齒面產(chǎn)生一層硬化層，這一層又比較薄，一般不超過2 mm。這層薄面硬化金屬層在交變負(fù)荷作用下極易產(chǎn)生微裂紋，微裂紋的不斷擴(kuò)展使齒面的硬金屬層產(chǎn)生剝落。點(diǎn)蝕先出現(xiàn)在齒高中部，再向全齒面擴(kuò)展，齒面點(diǎn)蝕使齒輪的承載能力、耐磨能力下降，過大點(diǎn)蝕的齒輪不能繼續(xù)使用。

點(diǎn)蝕失效的判定標(biāo)準(zhǔn)是齒面點(diǎn)蝕面積與齒面面積比值≤55%，或其中20%點(diǎn)蝕坑的最大尺寸與模數(shù)值的比值≤20%。

4.齒面剝落

齒面剝落是指齒面上的材料成片剝離的一種輪齒損傷，齒面剝落后的坑比較淺、形狀不規(guī)則，顯現(xiàn)出淺平狀態(tài)。齒面剝落主要的原則是齒輪在交變載荷作用下疲勞，或是熱處理所造成的微裂紋擴(kuò)展所產(chǎn)生的。齒面剝落使齒輪的承載能力、耐磨能力嚴(yán)重下降，如不及時更換會產(chǎn)生牙齒折斷的故障。

齒面剝落失效的判定依據(jù)是齒面剝落面積與齒面面積比值≤55%，或其中20%剝落坑最大尺寸與模數(shù)的比值≤20%。

5.齒面膠合

膠合是相嚙合齒面的金屬，在一定壓力下直接發(fā)生粘著，同時隨著齒面的相對運(yùn)動，使金屬從齒面上撕落而引起的一種嚴(yán)重的粘著磨損現(xiàn)象。農(nóng)業(yè)機(jī)械齒輪都是低速重載運(yùn)動工況，齒面是在臨界摩擦狀態(tài)，齒面嚙合中不能夠產(chǎn)生良好的潤滑油膜。齒面在重壓下金屬產(chǎn)生熔化粘合，同時齒輪的相對運(yùn)動使齒面金屬撕落產(chǎn)生膠合。膠合使齒輪齒面接觸面積減小，承載能力下降。

膠合失效判定標(biāo)準(zhǔn)是齒面膠合面積與工作齒面面積的比率≤30%，膠合的溝痕深度與齒輪模數(shù)的比率≤15%。

6.塑性變形

輪齒在嚙合擠壓應(yīng)力的作用下，或由于堅(jiān)硬異物進(jìn)入嚙合使齒面形狀產(chǎn)生變形。齒面塑性變形就是使齒面偏離設(shè)計(jì)的曲面形狀。塑性變形主要原因是輪齒表面硬度不夠或長期超載。塑性變形使齒輪嚙合精度下降，承載能力下降，產(chǎn)生振動與噪音。

塑性變形失效的標(biāo)準(zhǔn)是齒輪表面產(chǎn)生的塑性變形量（齒面所形成的峰高或谷深值）≤20%×齒輪模數(shù)。

二、齒輪傳動的正確保養(yǎng)與裝配

齒輪傳動要按農(nóng)業(yè)機(jī)械保養(yǎng)要求進(jìn)行保養(yǎng)，定期更換符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的潤滑油。發(fā)動機(jī)、變速箱、后橋等各部位所用的潤滑油型號、更換間隔等都是不同的，不符合保養(yǎng)要求的潤滑油會使齒輪嚙合的減磨、降溫等效果嚴(yán)重下降。陳舊潤滑油最好是在熱車的狀態(tài)下放出，使齒輪箱中的沉淀物、鐵屑、硬質(zhì)顆粒等隨之放出，減少對齒輪的磨損、刮傷。

在使用農(nóng)業(yè)機(jī)械時要避免過載，保證齒輪傳動系統(tǒng)的封閉性，以免灰塵、硬物質(zhì)進(jìn)入齒輪箱。

更換齒輪時要購買原廠的配件，原廠配件是按制造農(nóng)業(yè)機(jī)械整車用零件的材料、工藝標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的，與所要更換的零件質(zhì)量完全一致。非原廠的配件其制造工藝、生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、材料選用與設(shè)計(jì)要求可能會不一致，齒輪就達(dá)不到原廠零件的質(zhì)量，用非原廠配件可能就會在使用中引發(fā)故障。在選擇齒輪時特別要注意輪齒的表面粗糙度，研究表明對于處在邊界潤滑狀態(tài)的低速重載齒輪表面粗糙度對表面磨損影響較大，初始表面粗糙度高的磨損率高, 初始表面粗糙度低的磨損率低，因此要選擇表面粗糙度值小的（表面光滑的齒面）的齒輪。

齒輪裝配質(zhì)量不高對齒輪傳動質(zhì)量會造成較大的影響。齒輪裝配質(zhì)量主要影響齒輪的接觸質(zhì)量，接觸質(zhì)量是齒輪點(diǎn)蝕、剝落、折斷、膠合、磨損等失效的主要原因。齒輪及軸系零件在安裝時，要保證齒輪孔與軸、齒輪端面與軸肩接觸良好，齒輪軸與軸承、軸承與箱體孔配合處于過渡配合和小間隙配合，不能有較大配合間隙，要保證齒輪分度圓與軸承回轉(zhuǎn)軸線的同軸度。兩嚙合齒輪軸線的平行度要高，特別要保證兩軸線在垂直于兩軸線形成的平面內(nèi)的平行度誤差，這個誤差對齒輪的嚙合質(zhì)量影響更大。要保證兩嚙合齒輪在齒寬上的嚙合長度，對于錐齒輪特別要注意調(diào)節(jié)小錐齒輪的軸向位置，使兩錐齒輪在嚙合時有正確的嚙合位置和嚙合印痕。

新齒輪裝配后在投入使用前，應(yīng)進(jìn)行充分的跑合，即進(jìn)行磨合，嚴(yán)禁不經(jīng)過磨合就進(jìn)行生產(chǎn)使用。新齒輪在經(jīng)過加工后齒面都存在著凸凹不平，即存在著表面粗糙度，表面粗糙度使齒面的接觸表面質(zhì)量下降，經(jīng)過試運(yùn)行的跑合能有效地降低表面粗糙度對接觸質(zhì)量的影響，通過跑合的齒輪能有效地改善齒輪表面的接觸質(zhì)量，即能有效地提高承載能力、提高耐磨性能。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械維修后都要按試運(yùn)行操作規(guī)程認(rèn)真磨合，嚴(yán)禁更換新齒輪后立即投入作業(yè)，并在試運(yùn)轉(zhuǎn)后要放掉潤滑油。

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