衡芳芳

徐州徐工傳動(dòng)科技有限公司，中國(guó)·江蘇 徐州 221000

1 引言

工業(yè)的發(fā)展需要零部件作為支撐，而這些零部件一般具有規(guī)模性和精密性等特點(diǎn)，為了保證零部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，往往運(yùn)用大量的齒輪進(jìn)行動(dòng)能的傳遞。齒輪是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機(jī)械零件，通過(guò)與其他齒狀機(jī)械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)改變轉(zhuǎn)速與扭矩、改變運(yùn)動(dòng)方向和改變運(yùn)動(dòng)形式等功能。齒輪在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的作用不言而喻，但由于齒輪的功能是改變力的方向和進(jìn)行動(dòng)能的傳遞，就會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中承受很大的壓力，導(dǎo)致齒輪的磨損、變形等，影響功能的發(fā)揮，進(jìn)而導(dǎo)致齒輪失效。這就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題，影響工業(yè)的發(fā)展。這就要求相關(guān)人員對(duì)齒輪失效的原因進(jìn)行研究，在整個(gè)工作流程中對(duì)其進(jìn)行監(jiān)督，并通過(guò)相關(guān)對(duì)策對(duì)齒輪問(wèn)題進(jìn)行治理，從而保證齒輪功能的正常發(fā)揮，促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

2 機(jī)械傳動(dòng)齒輪概述

2.1 機(jī)械傳動(dòng)

在工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，需要各種設(shè)備才能進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，而相關(guān)設(shè)備是由多種零件共同構(gòu)成，要想保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要進(jìn)行動(dòng)能的傳遞。機(jī)械傳動(dòng)就是動(dòng)能傳遞的主要方式，機(jī)械傳動(dòng)在機(jī)械工程中應(yīng)用非常廣泛，主要是指利用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)。分為兩類：一是靠機(jī)件間的摩擦力傳遞動(dòng)力的摩擦傳動(dòng)；二是靠主動(dòng)件與從動(dòng)件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)。通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)，能夠很好地將動(dòng)能傳遞到需要的位置，從而保證工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行[1]。

2.2 齒輪

齒輪是輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械元件，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，發(fā)揮著改變受力方向和傳遞動(dòng)能的功能[2]。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比十分精準(zhǔn)，而且能夠支撐較大范圍力的傳遞，在工業(yè)中的適用范圍極其廣，也是機(jī)械傳動(dòng)最主要的應(yīng)用方式。齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和制造方法等進(jìn)行分類，所以齒輪的類型十分復(fù)雜，種類較多。其制造水平、選材等都會(huì)直接影響到工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，對(duì)工業(yè)來(lái)說(shuō)十分重要。2011—2018年中國(guó)齒輪產(chǎn)量數(shù)據(jù)圖如圖1所示。

圖1 2011—2018年中國(guó)齒輪產(chǎn)量數(shù)據(jù)圖

3 機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效的原因

在此輪工作的過(guò)程中，由于承受的壓力較大，很容易發(fā)生損害，對(duì)工業(yè)造成很大的影響。造成齒輪失效的原因有很多，有人為方面的原因，也有設(shè)備方面的問(wèn)題。對(duì)齒輪失效原因進(jìn)行診斷和了解，是保證機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行，促進(jìn)工業(yè)發(fā)展的重要前提。相關(guān)人員就需要利用解析模型、信號(hào)處理以及知識(shí)處理等手段，對(duì)齒輪失效原因進(jìn)行分析。

3.1 設(shè)計(jì)和選材的原因

在進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)的過(guò)程中，需要各種設(shè)備協(xié)同生產(chǎn)，這就造成了設(shè)備種類較多，相應(yīng)地，在進(jìn)行齒輪的選擇時(shí)，就需要根據(jù)機(jī)械設(shè)備的種類以及設(shè)備不同部位進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)，以滿足設(shè)備功能的需要。但在齒輪的設(shè)計(jì)和選材環(huán)節(jié)，相關(guān)人員沒(méi)有做到針對(duì)性地選材和設(shè)計(jì)，造成齒輪失效。另一方面，齒輪在工作的過(guò)程中，還會(huì)受到環(huán)境因素的影響，齒輪并非處于封閉狀態(tài)，而是長(zhǎng)期暴露在空氣中，這就導(dǎo)致齒輪很容易就會(huì)受到各種自然環(huán)境等外在因素的干擾。然而在設(shè)計(jì)和選材環(huán)節(jié)，相關(guān)人員只注重齒輪的功能，卻忽視了環(huán)境會(huì)對(duì)齒輪造成的影響，材料選擇和設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而造成齒面磨損或是斷齒等現(xiàn)象，造成失效。

在齒輪的設(shè)計(jì)和選材環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)齒輪應(yīng)用的條件進(jìn)行選擇材料、熱處理要求、加工精度要求。例如，在一些結(jié)構(gòu)空間限制條件下傳遞的扭矩較大，則需要針對(duì)性的選材和設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)和選材環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該關(guān)注齒輪的潤(rùn)滑，關(guān)注潤(rùn)滑油的品質(zhì)，關(guān)注保養(yǎng)周期，避免造成齒輪失效。

3.2 制造工藝的原因

在影響齒輪質(zhì)量，造成齒輪失效的原因中，齒輪地制造工藝也是一個(gè)重要原因。良好的制造工藝能夠保證齒輪的整體質(zhì)量，延長(zhǎng)齒輪使用壽命；相反，劣質(zhì)的工藝就會(huì)嚴(yán)重影響齒輪的質(zhì)量，進(jìn)而造成齒輪失效。在現(xiàn)代齒輪市場(chǎng)中，部分齒輪制造工藝存在問(wèn)題，在鍛造方面留下了重大缺陷。部分齒輪制造商為了獲取經(jīng)濟(jì)效益以次充好，或者是減少鍛造步驟，造成齒輪質(zhì)量問(wèn)題[3]。還有部分商家能力不足，不具備制造齒輪的工藝和技術(shù)，生產(chǎn)出大量的殘次品，齒輪經(jīng)常出現(xiàn)規(guī)格不達(dá)標(biāo)或者是質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。這樣一來(lái)，在齒輪工作過(guò)程中，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的齒面點(diǎn)蝕和齒面膠合等情況，甚至造成齒面斷裂，造成齒輪失效。

3.3 人員操作技術(shù)水平不足

齒輪作為一種傳遞動(dòng)能的零件，具備較強(qiáng)的精密性，要想保證齒輪功能的正常化發(fā)揮，就需要按照相關(guān)操作規(guī)范和步驟進(jìn)行操作，否則很容易由于人為的失誤造成齒輪失效。但是在現(xiàn)有的安裝和使用過(guò)程中，部分操作人員水平不足，對(duì)相關(guān)技術(shù)不了解，在進(jìn)行零件的安裝和操作過(guò)程中沒(méi)有根據(jù)相關(guān)流程和規(guī)范進(jìn)行安裝，就導(dǎo)致在安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，造成齒輪失效。

3.4 后期維護(hù)保養(yǎng)不力

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，齒輪作為動(dòng)能傳遞的重要零件，在工作中長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，這就導(dǎo)致齒輪需要長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷的運(yùn)作，很容易出現(xiàn)問(wèn)題。而且齒輪是依靠摩擦和嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，如果在接觸環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)嚴(yán)重影響齒輪的功能。但是在現(xiàn)階段的維護(hù)方面，相關(guān)人員卻忽視了對(duì)齒輪的維護(hù)，如缺少潤(rùn)滑，造成齒輪的老化和破損，進(jìn)而影響齒輪功能的發(fā)揮。齒輪構(gòu)造示意圖如圖2所示。

圖2 齒輪構(gòu)造示意圖

4 治理機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效的對(duì)策

4.1 強(qiáng)化先期策劃

齒輪設(shè)計(jì)和選材等方面的問(wèn)題對(duì)齒輪造成了重要影響，相關(guān)人員要想保證齒輪的質(zhì)量，這就需要從設(shè)計(jì)和選材方面入手。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)齒輪的應(yīng)用機(jī)械、應(yīng)用部位以及應(yīng)用功能等方面的信息，合理地進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)，并根據(jù)相關(guān)齒輪的工作環(huán)境和可能遭受的影響，選擇抵抗力較強(qiáng)的材料作為齒輪的原料。例如，在荷載能力需求較高的設(shè)備方面，齒輪的材質(zhì)就需要選擇低碳合金或者是滲碳鋼等材料，這些材料生產(chǎn)出的齒輪具有極強(qiáng)的緊密度和抗壓能力，能夠保證齒輪具有更好的承載能力[4]。

4.2 頒布政策法規(guī)，規(guī)范市場(chǎng)

齒輪作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要零件，在社會(huì)各方面均有應(yīng)用，需求量巨大，也就造成了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈。一些企業(yè)就會(huì)鋌而走險(xiǎn)，以次充好，生產(chǎn)出大量劣質(zhì)齒輪。這就需要政府和相關(guān)部門加強(qiáng)立法，對(duì)齒輪的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，依靠法律的強(qiáng)制性對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行整理。

4.3 提升操作人員的水平

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，工作人員的技術(shù)水平對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有重要的影響，同樣也對(duì)齒輪功能有很大的影響。相關(guān)企業(yè)就應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)工作的控制，從兩個(gè)方面治理齒輪失效。一方面是要從規(guī)定入手，嚴(yán)格規(guī)范工作人員的操作流程，在齒輪安裝和使用過(guò)程中按照相關(guān)流程進(jìn)行操作，這樣就能避免失誤。另一方面，應(yīng)該加強(qiáng)相關(guān)技能知識(shí)的培訓(xùn)，讓工作人員了解到機(jī)械的操作技巧，這樣一來(lái)，就能避免因操作失誤造成的齒輪失效。

4.4 加強(qiáng)后期維護(hù)

在齒輪的使用過(guò)程中，其在工作時(shí)間內(nèi)會(huì)承受很大的壓力，要想保證齒輪的質(zhì)量，延長(zhǎng)其使用壽命，就需要對(duì)其進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)。相關(guān)企業(yè)應(yīng)該設(shè)置專業(yè)的檢修人員，負(fù)責(zé)在齒輪的工作時(shí)間外檢查其磨損程度，并定期涂抹潤(rùn)滑油。一方面，在進(jìn)行維護(hù)的環(huán)節(jié)，要根據(jù)不同的齒輪類型選擇不同種類的潤(rùn)滑油，在涂抹的過(guò)程中要保證潤(rùn)滑液體在齒輪上形成一層保護(hù)膜，這樣才能降低齒輪的磨損。另一方面，在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)齒輪有磨損現(xiàn)象，就要對(duì)其進(jìn)行更換，這樣才能保證整個(gè)機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中需要機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行動(dòng)能的傳遞，齒輪作為機(jī)械傳動(dòng)的主要工具，很容易受到破壞，造成齒輪失效。這就需要相關(guān)人員在了解失效原因之后，通過(guò)事先控制、規(guī)范市場(chǎng)、提升人員水平以及后期維護(hù)等方法，保證齒輪的質(zhì)量，避免其失效。