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煤礦機(jī)械傳動齒輪失效探討:煤礦機(jī)械傳動齒輪的失效問題處理研究

摘 要：煤礦工作一般都是比較嚴(yán)謹(jǐn)和危險(xiǎn)的工作，煤礦機(jī)械故障不僅影響著工程的進(jìn)度，降低生產(chǎn)效率，也影響著施工人員的生命安全，而傳動齒輪的失效問題是煤礦機(jī)械最為常見的問題，所以加強(qiáng)對傳動齒輪失效問題的研究具有重要的意義，文章先分析傳動齒輪失效的表現(xiàn)形式，進(jìn)而探索出現(xiàn)這些問題的原因，經(jīng)過研究得出避免傳動齒輪失效的有效措施。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械；傳動齒輪；失效；有效措施

在煤礦產(chǎn)業(yè)中，傳動齒輪應(yīng)用非常廣泛，是煤礦機(jī)械的一個重要組成部分，但是煤礦的運(yùn)輸重量一般都很大，在施工過程中，很容易導(dǎo)致超重現(xiàn)象，長時(shí)間高強(qiáng)度的工作就會導(dǎo)致傳動齒輪出現(xiàn)問題，導(dǎo)致機(jī)器癱瘓，影響煤礦的施工作業(yè)，降低生產(chǎn)效率，甚至造成安全隱患。

1 傳動齒輪的工作環(huán)境及工作特點(diǎn)

煤礦的生產(chǎn)作業(yè)一般都是在礦井中進(jìn)行的，傳動齒輪的工作環(huán)境大多都是在地下進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，井下的環(huán)境比較復(fù)雜惡劣，所以傳動齒輪要適應(yīng)井下復(fù)雜的結(jié)構(gòu)情況，因此相對而言傳動結(jié)構(gòu)也復(fù)雜一點(diǎn)。由于煤礦是重型產(chǎn)業(yè)，要求傳動齒輪具有比較高的承載能力和性能，礦井一般空間不是很大，所以傳動齒輪還要滿足體積小，抗沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，傳動要求高效率，盡量減少過程中能量的損失。

2 傳動齒輪失效的表現(xiàn)形式

2.1 傳動齒輪磨損失效

磨損的程度分為很多種，一般分為：正常的磨損、中度磨損、破壞性磨損、磨料性磨損以及腐蝕性磨損等。一般性的磨損不會對齒輪的傳動造成重大的影響，比如正常的磨損，這是齒輪傳動過程中必然存在的，在齒輪的使用壽命中，不會造成齒輪失效，這個磨損是經(jīng)過時(shí)間慢慢磨損的，不影響齒輪的正常轉(zhuǎn)動；對于中度磨損，這個要比正常的磨損速度快一點(diǎn)，在齒輪傳動工作的過程中，可能會發(fā)出噪音，由于磨損的程度比較大，損失機(jī)械能，會降低齒輪工作的效率；破壞性磨損，這個磨損的程度就很大了，齒輪表面會形成嚴(yán)重的損傷，嚴(yán)重影響傳動齒輪工作的效率，破壞了齒輪的結(jié)構(gòu)，大大縮短齒輪的使用壽命；磨料性磨損是指在齒輪中間進(jìn)入了一些顆粒，增大了齒輪間的摩擦系數(shù)，摩擦力增大，加速了齒輪的磨損，可能會出現(xiàn)齒輪停止轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象；腐蝕性磨損就是在齒輪轉(zhuǎn)動的過程中與周圍的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)，發(fā)生了齒輪表面的腐蝕，嚴(yán)重影響齒輪的工作效率。

2.2 傳動齒輪疲勞失效

在加工過程中，齒輪的表面肯定存在初始裂紋，加之傳動齒輪工作的過程中應(yīng)力的反復(fù)作用下，造成材料的疲勞，當(dāng)作用的應(yīng)力超出了材料的疲勞極，裂紋就會延伸擴(kuò)張，加速齒輪的損壞，出現(xiàn)齒輪失效。

2.3 傳動齒輪膠合失效

齒輪的轉(zhuǎn)動需要潤滑油的幫助，在強(qiáng)重力作用下，齒輪間的潤滑油不能及時(shí)的補(bǔ)充，造成兩個齒輪接觸面的油膜擠破，兩個金屬齒輪直接接觸在一起，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，溫度上升，可能造成齒輪的膠合，出現(xiàn)失效。

2.4 傳動齒輪斷裂失效

齒輪的斷裂意味著徹底不能工作，斷裂分為疲勞斷裂，高負(fù)荷斷裂以及淬性斷裂等。疲勞斷裂就是齒輪在彎曲應(yīng)力的反復(fù)作用下，出現(xiàn)裂痕，當(dāng)應(yīng)力超出了齒輪的疲勞極，裂痕繼續(xù)擴(kuò)張，導(dǎo)致斷裂；高負(fù)荷斷裂是指在高強(qiáng)度的作業(yè)狀態(tài)下，負(fù)荷已經(jīng)超出了齒輪的額定負(fù)荷導(dǎo)致的破壞性斷裂，或者由于腐蝕使得齒輪部分點(diǎn)出現(xiàn)點(diǎn)蝕，導(dǎo)致斷裂等；淬性斷裂是指傳動齒輪經(jīng)過熱處理時(shí)產(chǎn)生了過大的內(nèi)應(yīng)力，產(chǎn)生裂紋，外界的壓應(yīng)力與彎曲應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生疲勞，當(dāng)超過它的疲勞極就會促使裂紋延伸，導(dǎo)致淬性斷裂，這種斷裂的特點(diǎn)就是初始斷裂的部位顏色會有點(diǎn)深，這是氧化的結(jié)果。

3 傳動齒輪出現(xiàn)失效的具體原因

設(shè)計(jì)階段：由于齒輪工作環(huán)境的特殊性，決定了煤礦機(jī)械齒輪設(shè)計(jì)的特殊性，在設(shè)計(jì)階段，可能忽視了傳動齒輪在礦井工作的特殊性，按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì)煤礦機(jī)械傳動齒輪，造成傳動齒輪不能滿足礦井下高強(qiáng)度，環(huán)境復(fù)雜的要求，達(dá)不到韌度、抗沖擊和耐疲勞的要求，這是導(dǎo)致傳動齒輪失效的自身原因之一。

齒輪的制造加工階段：即使齒輪的設(shè)計(jì)沒有問題，若在制造加工方面不合格，齒輪一樣會失效，如果質(zhì)量把控不嚴(yán)格，鍛造時(shí)化學(xué)成分超標(biāo)或者化學(xué)成分有殘留，降低了齒輪的性能，不能滿足工作的需要。例如：在加工過程中C的含量超標(biāo)，就會增加齒輪的脆性，容易發(fā)生斷裂，造成失效。

齒輪的安裝使用階段：不正確的安裝方式同樣會導(dǎo)致傳動齒輪的失效，安裝的位置出現(xiàn)偏差，影響整個傳動齒輪的安全，同時(shí)，傳動齒輪的工作需要潤滑油的不斷補(bǔ)充，一旦缺少潤滑油就會增大摩擦力，降低齒輪工作的效率，增加磨損，導(dǎo)致傳動齒輪的失效。

4 避免傳動齒輪失效的有效措施

根據(jù)上述傳動齒輪出現(xiàn)時(shí)效的形式和失效的原因，制定防止傳動齒輪失效的有效措施，避免失效問題的出現(xiàn)。

4.1 齒輪設(shè)計(jì)階段控制

設(shè)計(jì)階段要充分的對煤礦齒輪的工作環(huán)境進(jìn)行研究考察，只有充分了解齒輪的工作環(huán)境和工作性能的需要，才能對齒輪提出合理化的設(shè)計(jì)。根據(jù)煤礦齒輪工作的特殊性，優(yōu)化齒輪的設(shè)計(jì)方案，滿足齒輪抗沖擊力、耐疲勞性以及承載力的要求，進(jìn)行的計(jì)算，在符合國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，選擇適合煤礦特殊工作的材料，尤其是鋼材的選用尤為重要，這直接影響著齒輪的強(qiáng)度，好經(jīng)過研究確定選材，確定潤滑油等，以免后期工作出現(xiàn)漏洞。

4.2 齒輪工藝制造階段控制

選材好工藝也好才能保障傳動齒輪的質(zhì)量，要嚴(yán)格控制齒輪制造過程中的質(zhì)量，改善制造工藝，提高工藝質(zhì)量。傳動齒輪的表面不能過于光滑，研究表明，表面略微粗糙的齒輪要比表面光滑的齒輪使用壽命更長，這個粗糙度應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)來確定，合理的控制粗糙度，將齒輪的性能提升到狀態(tài)。

4.3 齒輪安裝階段控制

齒輪的安裝看起來很簡單，其實(shí)有比較高的要求，對于傳動齒輪的平衡度、垂直度都是有要求的，而且這個標(biāo)準(zhǔn)還很嚴(yán)格，稍微有一點(diǎn)偏差就會影響整體的性能，所以，在安裝階段應(yīng)該有專業(yè)人士來進(jìn)行指導(dǎo)，運(yùn)用專業(yè)的工具輔助安裝，較大限度的減少齒輪間的摩擦，降低損耗，提高工作效率，延長使用壽命。

4.4 齒輪使用及維護(hù)階段控制

在傳動齒輪的使用過程中，應(yīng)盡量不要超過傳動齒輪的額定負(fù)荷量，潤滑油也要及時(shí)補(bǔ)充，保障傳動齒輪是在潤滑油的輔助下工作，此外，潤滑油不能摻入雜質(zhì)，保持純凈，雜質(zhì)進(jìn)入齒輪間會增大摩擦系數(shù)，影響齒輪的正常工作。設(shè)備的使用過程中應(yīng)該定期維護(hù)保養(yǎng)，并檢查傳動齒輪，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并處理問題，對于可能發(fā)生的問題做到及早預(yù)防，防患于未然，防止出現(xiàn)傳動齒輪的失效問題。

5 結(jié)束語

煤礦產(chǎn)業(yè)是我國比較重要的一部分，煤礦的產(chǎn)量決定于煤礦機(jī)械的工作效率，影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳動齒輪在煤礦機(jī)械中發(fā)揮著重要的作用，保障傳動齒輪的正常工作是保障煤礦機(jī)械正常工作的重要前提，傳動齒輪失效是齒輪常見的問題，我們必須對其進(jìn)行研究，找到避免失效的有效措施，每個階段嚴(yán)格把關(guān)，將失效概率降到低，提高生產(chǎn)效率。

煤礦機(jī)械傳動齒輪失效探討:煤礦機(jī)械傳動齒輪失效問題及對策

引言

從客觀現(xiàn)實(shí)來看，我國礦山機(jī)械事故的發(fā)生概率大，最根本的原因在于對齒輪機(jī)械的故障分析水平低。從另一方面來看，由于井下工程建設(shè)生產(chǎn)的環(huán)境十分惡劣，對工程生產(chǎn)會產(chǎn)生直接的影響，與此同時(shí)在生產(chǎn)的建設(shè)過程中，對人的身體也會產(chǎn)生直接傷害。在井下的生產(chǎn)中，機(jī)械的使用通常是在白天進(jìn)行的，而工人也是以三班倒形式進(jìn)行輪流工作，這些客觀因素都會直接導(dǎo)致機(jī)械更容易出現(xiàn)故障，如果不能做到及時(shí)的維護(hù)，那么對日常工作將產(chǎn)生極其惡劣的影響。

1傳動齒輪失效的成因分析

現(xiàn)代井下運(yùn)輸基本上都依靠齒輪運(yùn)輸作為主要的運(yùn)輸基礎(chǔ)支持。而齒輪的常見性問題成因則主要分為以下幾點(diǎn)。

1）磨損。井下煤礦運(yùn)輸，主要由于地質(zhì)條件的影響，其工作量十分大，這樣就導(dǎo)致齒輪經(jīng)常處于高負(fù)荷狀態(tài)下工作。而這些都會加重工作的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致在生產(chǎn)中產(chǎn)生較大影響。而齒輪磨損，則成為了最主要的損傷形式之一。在進(jìn)行基層生產(chǎn)的過程中，通過層面的生產(chǎn)使用方法，也會加重齒輪的使用壽命。而在運(yùn)輸中，過長的皮帶運(yùn)輸機(jī)制，也大大加重了工作負(fù)擔(dān)。因此在井下運(yùn)輸中，齒輪的消耗是十分快的，而在建設(shè)過程中，齒輪的磨損，也會直接影響到生產(chǎn)的可持續(xù)性。

2）表面金屬疲勞。金屬疲勞顧名思義是齒輪表面或內(nèi)部出現(xiàn)的一種材料損傷情況，對于持續(xù)性的高效率生產(chǎn)，齒輪的金屬內(nèi)部構(gòu)造會產(chǎn)生一定的拉傷，主要成因就是因?yàn)樵谏a(chǎn)的過程中，生產(chǎn)力超過了齒輪的額定荷載上線，從而導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，而生產(chǎn)過程中，這些裂紋就會導(dǎo)致齒輪的斷裂，嚴(yán)重?fù)p害了井下生產(chǎn)傳動系統(tǒng)的安全性。

3）塑性流動。塑性變形會導(dǎo)致嚴(yán)重的飛邊現(xiàn)象產(chǎn)生，對周邊的生產(chǎn)等也會產(chǎn)生影響。由于齒面失去了部分的作用效果，在使用中就會導(dǎo)致出現(xiàn)人字形的魚尾狀皺紋，并導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的滑動。

4）斷裂問題。斷裂意味齒輪都將失去使用作用。在生產(chǎn)中，齒輪發(fā)生斷裂的原因有很多，斷裂導(dǎo)致的問題則影響嚴(yán)重。其中最主要的斷裂原因分別為疲勞損傷斷裂、負(fù)荷斷裂、磨損斷裂以及淬煉斷裂等。出現(xiàn)以上問題的主要因素在于，制造加工的過程中沒有嚴(yán)格按照相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行澆筑制造。導(dǎo)致在生產(chǎn)后，齒輪中出現(xiàn)較大的缺陷，在使用中引起了一系列的嚴(yán)重影響。其次在安裝的使用過程中，沒有選擇較大的使用標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在生產(chǎn)的過程中，齒輪長時(shí)間處于超高負(fù)荷的生產(chǎn)之中。

2提高礦用機(jī)械齒輪使用時(shí)間的主要措施

針對礦山機(jī)械的日常使用中，由于極易出現(xiàn)磨損問題，在日常的使用中，需要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行注意，并在使用中進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，才能夠確保安全生產(chǎn)。

1）應(yīng)用短圓柱型的滾子，輔助齒輪進(jìn)行傳動運(yùn)輸，保障在齒輪的日常運(yùn)行中，能夠安全有效地進(jìn)行生產(chǎn)，而在這一類的生產(chǎn)中，需要通過對技術(shù)上的科研改進(jìn)，進(jìn)而確保整體生產(chǎn)的有效性。在生產(chǎn)過程中，煤礦的機(jī)械齒輪其轉(zhuǎn)動控制作用，對于緩解機(jī)械生產(chǎn)中的消耗，都有較高的減緩作用，這樣對煤礦的日常生產(chǎn)都能夠有效降低其生產(chǎn)的成本。在生產(chǎn)的過程中，通過對煤礦機(jī)械齒輪的有效控制，能夠在現(xiàn)代技術(shù)的帶動下，為工作提供有效的生產(chǎn)形勢。

2）利用短圓柱滾子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在使用轉(zhuǎn)輪進(jìn)行外圈固定的過程中，不僅能夠有效增強(qiáng)滾柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠更好地促進(jìn)柱子的潤滑良好性，而采取輪齒的鉆孔排距，在運(yùn)輸?shù)倪^程中，由于阻力的調(diào)控，也能夠在一定的運(yùn)輸量上降低功率的損耗。這樣不僅減少了對工程施工的施工要求，在電損耗上，也有效地減少了對齒輪的消耗。在減少齒輪損耗的過程中，采取有效的系統(tǒng)運(yùn)輸裝置，能夠在延續(xù)煤礦機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)中，提供更為有效的電能損耗減免效益，其減少的頻率與安裝調(diào)試過程中的使用情況呈現(xiàn)一定的正比例關(guān)系。在使用的過程中，從煤礦機(jī)械的齒輪潤滑油能否保障滾子順暢性進(jìn)行分析，內(nèi)圈和軸距之間，其圓柱式滾子，能夠更好地保障施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3）煤礦運(yùn)輸機(jī)械的齒輪中短圓柱滾子的數(shù)量。在對煤礦機(jī)械的短圓柱滾子型號的確定過程中，針對運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)進(jìn)行型號確定，其選擇需要遵循以下幾點(diǎn)。首先，煤礦機(jī)械的齒輪從短圓柱滾子的數(shù)量進(jìn)行確定，歸納其中可能出現(xiàn)的諸多失誤，并以此來完成整體機(jī)械的模型設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中，分析煤礦機(jī)械的齒輪短圓柱滾子數(shù)量，以對其中的典型性進(jìn)行確定。礦山機(jī)械的功率通常較高，所以在進(jìn)行工作的運(yùn)行過程中，其負(fù)荷也比較大，所以在進(jìn)行型號的選擇上，一般需要控制在k＝10的基礎(chǔ)以上，其中k＝10是滿足基本使用定律的根本。為保障在生產(chǎn)張軸承的承重效應(yīng)符合工作需求，需要對不符合的零部件進(jìn)行取締。

4）針對機(jī)械齒輪的潤滑處理。不論在何種環(huán)境下使用大型機(jī)械，對齒輪的潤滑都是保障機(jī)械正常運(yùn)行的根本所在。而針對煤礦井下操作環(huán)境中的惡劣性，對齒輪的潤滑更為重要，在進(jìn)行齒輪的潤滑過程中，從齒輪和軸承的抗震性、抗沖擊性、精準(zhǔn)性等多個方面進(jìn)行考慮后，方可進(jìn)行精密潤滑，保障軸承的承受力，在日常的操作范圍之內(nèi)。井下作業(yè)過程中，由于大量的粉塵、潮濕空氣，對金屬元器件的損傷要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面。與此同時(shí)，地下的電離平衡與地面不同，這都會直接影響到工作面的生產(chǎn)作業(yè)，而在生產(chǎn)作業(yè)的過程中，惡劣的環(huán)境也會加重這一生產(chǎn)的機(jī)械部件。所以及時(shí)有效的潤滑工作，對機(jī)械零部件的使用壽命，以及井下生產(chǎn)都有不錯的促進(jìn)作用。大型礦井下，對機(jī)械工作量大的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)保持其齒構(gòu)件在生產(chǎn)工作中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這樣才能夠確保生產(chǎn)工作的有序進(jìn)行。

3結(jié)語

在機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展趨勢下的煤礦井下生產(chǎn)中，皮帶運(yùn)輸機(jī)的使用是必然的結(jié)果。在皮帶運(yùn)輸機(jī)的使用中，齒輪的使用是最為普遍的一種形式。滾筒形式，以及轉(zhuǎn)軸和軸承結(jié)構(gòu)都使用了大量的金屬設(shè)備，這些設(shè)備在井下作業(yè)中，由于受到惡劣環(huán)境的影響，其使用壽命受到了極大的威脅，同時(shí)也給井下生產(chǎn)的安全進(jìn)行，產(chǎn)生了極大影響。只有有效地減少此類機(jī)械的失效故障，才能夠保障生產(chǎn)的有序進(jìn)行，同時(shí)才能夠確保井下工作人員的生命安全。

作者：張建靜 單位：太原理工大學(xué) 同煤集團(tuán)安全監(jiān)管五人小組

煤礦機(jī)械傳動齒輪失效探討:探析煤礦機(jī)械傳動齒輪的失效形式

摘要：本文主要從如何提高煤礦機(jī)械傳動齒輪質(zhì)量，延長煤礦機(jī)械設(shè)備的使用壽命等方面對煤礦機(jī)械傳動齒輪的失效形式進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械；齒輪失效；原因

為了提高煤礦機(jī)械的性和使用壽命，對傳動齒輪必然要提出更高的要求。煤礦機(jī)械的齒輪大多為中、大模數(shù)（模數(shù) 6～20 ram），多為低速（6 m/s 以下）重載傳動，由于兩傳動齒輪之間是高副接觸，單位齒寬的載荷值很高（20 kN/cm），因此要求齒輪材料相應(yīng)的應(yīng)力達(dá)到一定的值。近年來，我國煤礦機(jī)械齒輪的制造質(zhì)量和使用管理水平得到不斷提高，但是從現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)狀況看，存在使用壽命不夠長等問題，與世界先進(jìn)水平相比，尚有一定差距。煤礦機(jī)械齒輪失效形式主要有以下幾種。

1表面疲勞

由于輪齒表面或表面下存在材質(zhì)初始裂紋（裂紋生核），以及交變應(yīng)力反復(fù)作用而造成材料的疲勞，其應(yīng)力超出了材料的疲勞極限，開始裂紋擴(kuò)展。其特征是金屬的移動和形成凹坑，并可使得凹坑合并或增大尺寸。

（1）破壞性點(diǎn)蝕：輪齒工作時(shí)，齒面接觸應(yīng)力是按脈動循環(huán)變化的，若齒面接觸應(yīng)力超過材料的接觸疲勞極，齒面表層在載荷的多次重復(fù)作用下，產(chǎn)生細(xì)小的疲勞裂紋，通常開始于輪齒節(jié)線以下點(diǎn)蝕，這種麻點(diǎn)形成應(yīng)力的增高，導(dǎo)致麻點(diǎn)間的金屬疲勞引起齒廓的破壞。抗點(diǎn)蝕主要與齒面的硬度有關(guān)。

（2）疲勞剝損：這是一種潛在的疲勞破壞，其特征是沿齒頂或頂棱從齒面上脫落下的顆?；蛐计^大。常見于硬齒面或表面淬火的齒輪，起源于齒面下的缺陷，或由于熱處理造成過高的內(nèi)應(yīng)力。

2 塑性流動

（1）塑性變形：由于輪齒嚙合不合理而造成超負(fù)荷或沖擊負(fù)荷而產(chǎn)生輪齒較軟齒部分金屬的塑性變形，嚴(yán)重時(shí)在齒頂?shù)倪吚饣蚨瞬砍霈F(xiàn)飛邊、齒頂變圓，主動齒輪的齒面上有凹洼，被動齒輪的節(jié)線附近升起一脊形，使齒面失去正確的齒形。

（2）起波紋：由于潤滑不充分、重載或振動而形成的“滑動粘附”摩擦，在齒面上形成與滑動方向成垂直的波紋，外觀呈魚鱗狀。常見于表面淬火的小齒輪上。

（3）起皺：由于超負(fù)荷或潤滑不足，齒面沿滑動方向出現(xiàn)皺紋，呈人字形或魚尾狀。常見于表面淬火的小齒輪和青銅渦輪齒面上。

3 磨損

（1）正常磨損：是齒輪接觸表面上的金屬以一定的速率緩慢的損耗。它在齒輪的預(yù)期壽命內(nèi)將不影響其正常的使用性能。磨損量以不超過維修標(biāo)準(zhǔn)為限。

（2）中度磨損：是齒輪接觸表面上的金屬較快的損耗。它會使齒輪的齒廓發(fā)生一定的變化，使平穩(wěn)性降低，噪音加大。

（3）破壞性磨損：它是齒面的損傷、齒廓的變化達(dá)到非常嚴(yán)重的程度，使運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到較嚴(yán)重的破壞，齒輪的壽命顯著降低。

（4）磨料性磨損（擦傷）：它是由于在齒輪的嚙合中進(jìn)入細(xì)顆粒，使齒面沿滑動方向呈短線狀劃痕，引起齒面的損壞。這種顆?？赡苁莵碜札X輪箱中的污物、鑄造遺留的砂粒、油中的雜質(zhì)和輪齒表面或軸承剝落下的金屬顆粒。

（5）干涉磨損：由于安裝不當(dāng)，當(dāng)輪齒不合理或提前接觸時(shí)，全部載荷集中于主動齒輪根與相配齒輪的齒頂?shù)膰Ш仙希ㄔ诒粍虞嘄X根與相配齒輪的齒頂間斷開），其破壞由輕到重，嚴(yán)重時(shí)主動輪齒齒根被掘起，而相配齒輪的齒頂嚴(yán)重地卷起，引起齒輪副的破壞。

（6）腐蝕性磨損：它是由于輪齒在嚙合摩擦過程中與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損。如酸的濕氣（水污染）、潤滑油的污染及潤滑油脂混入酸性水對齒面所產(chǎn)生的銹蝕等。在煤礦井下這種情況時(shí)常發(fā)生。

（7）膠合：由于超負(fù)荷或使用潤滑油不當(dāng)，輪齒接觸面在重載的作用下，潤滑油油膜破裂，使兩嚙合輪齒的接觸面材料直接接觸并粘焊在一起，引起較軟齒面的部分接觸面材料沿滑動方向被撕破或起溝當(dāng)成因條件沒有消除時(shí)，膠合會繼續(xù)擴(kuò)展。

（8）疲勞磨損（點(diǎn)蝕）：在齒輪的高副接觸中，材料表層受到很大的接觸應(yīng)力，當(dāng)載荷重復(fù)作用時(shí)，常會出現(xiàn)表層金屬呈小片狀剝落，而在零件表面形成小坑，有著鈍和粗糙的外觀。

（9）燒傷：由于超負(fù)荷、高速或潤滑不良，產(chǎn)生過度磨擦，輕者齒面高溫變色，重者由于材料的硬度降低而產(chǎn)生嚴(yán)重磨損或齒面損壞。

4 膠合

由于超負(fù)荷或使用潤滑油不當(dāng)，常因嚙合區(qū)溫度升高，在重載作用下輪齒接觸面的油膜被擠破，使兩輪齒的金屬面直接接觸并熔焊在一起，引起軟齒部分接觸面沿滑動方向被撕下而起溝，在低速重載下，由于齒面間的潤滑油膜不易形成也可能產(chǎn)生膠合破壞。

5 斷裂

（1）疲勞斷裂：它是由于循環(huán)彎曲應(yīng)力超過材料的極限應(yīng)力。這種應(yīng)力可能由于齒根結(jié)構(gòu)、超負(fù)荷、角度誤差或由于缺口、齒面的缺陷導(dǎo)致突然的應(yīng)力增高，在加載側(cè)出現(xiàn)裂紋。通常在齒面邊緣的圓角上而發(fā)展到沿整個齒根或者沿對角線斜上橫過全齒的整齒斷裂。如，某煤礦綜采面使用的中雙鏈刮板輸送機(jī)的傳動齒輪，下井只用幾個月就陸續(xù)發(fā)生三軸齒輪、一軸圓弧傘齒輪斷齒事故。主要原因是選材不當(dāng)（30 CrMnTi 鋼）。

（2）磨損斷裂：由于嚴(yán)重點(diǎn)蝕、剝落或嚴(yán)重的磨料性磨損等嚴(yán)重磨損，使輪齒的強(qiáng)度降低到輪齒斷裂極限以下，造成輪齒斷裂。

（3）超負(fù)荷斷裂：由于突然的沖擊負(fù)荷，在齒面的一個端角度誤差處造成載荷集中；也可能由于軸承的損壞、軸的彎曲或較大的外部零件進(jìn)入嚙合使輪齒楔住，而造成輪齒斷裂。

（4）淬裂：它是由于熱處理形成過高的內(nèi)應(yīng)力，是疲勞斷裂的起源點(diǎn)。外觀呈細(xì)絲狀裂紋，斷紋的初始部分會氧化變色。

（5）磨削裂紋：由于機(jī)加工齒輪磨削的方法不當(dāng)或熱處理方法不當(dāng)，在齒面產(chǎn)生細(xì)的裂紋，呈網(wǎng)狀形，也是疲勞斷裂的起源點(diǎn)。

齒輪失效的原因是多方面的，有設(shè)計(jì)方面的原因，制造加工方面

，安裝使用方面等，避免違章操作機(jī)械超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，超過齒輪的承載能力，才能從根本上提高煤礦機(jī)械齒輪的使用壽命。

煤礦機(jī)械傳動齒輪失效探討:對煤礦機(jī)械傳動齒輪失效的相關(guān)探討

摘要：煤炭是我國的主要能源，我國煤礦中大部分都是井工開采，只有不到百分之十的是屬于露天開采。在機(jī)械傳動中，齒輪傳動使用范圍很廣，可以用來傳遞任意兩根軸之間的運(yùn)動和動力，但是齒輪的失效速度也很快，導(dǎo)致設(shè)備的功能發(fā)揮不夠充分，嚴(yán)重影響到煤礦企業(yè)的安全高效運(yùn)行。本文通過對煤礦機(jī)械中各種齒輪的失效形式及原因的分析，不僅能夠使得煤礦機(jī)械設(shè)備的功能發(fā)揮到，同時(shí)還能夠?qū)υO(shè)備本身存在的一些缺點(diǎn)做到很好的補(bǔ)充，這樣可以使得機(jī)械設(shè)備的使用壽命大幅度提高，為煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械 機(jī)械傳動 齒輪失效

1. 前言

煤炭是我國的主要能源，我國煤礦中大部分都是井工開采，只有不到百分之十的是屬于露天開采，這與一般工農(nóng)業(yè)相比，在煤礦生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備又具有以下幾個鮮明特點(diǎn)：及時(shí)，工作環(huán)境極其惡劣，機(jī)械設(shè)備時(shí)刻受到粉塵、水汽、有害氣體等的危害；第二，正常工作情況下，條件苛刻，大部分的機(jī)械設(shè)備是處在負(fù)載大、振動強(qiáng)、摩擦厲害、介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重的高速環(huán)境下工作；第三，工作時(shí)間超長，許多機(jī)器都是不分晝夜的連續(xù)性工作；第四，因?yàn)榄h(huán)境惡劣，工況要求高，再者停機(jī)時(shí)間短，這樣直接使得機(jī)械零部件得不到良好的潤滑和維護(hù)。

這幾年來，齒輪傳動在煤礦機(jī)械中的使用更為廣泛，但是齒輪的失效速度也很快，導(dǎo)致設(shè)備的功能發(fā)揮不夠充分，嚴(yán)重影響到煤礦企業(yè)的安全高效運(yùn)行。下面就齒輪傳動的失效進(jìn)行分析。

2. 煤礦機(jī)械齒輪失效形式

隨著煤礦機(jī)械化、現(xiàn)代化水平的提高，煤礦機(jī)械的功率日趨增大。為了提高煤礦機(jī)械的性和使用壽命，對其傳動齒輪必然要提出更高的要求。下面簡要分析煤礦機(jī)械齒輪失效的幾種形式：

（1） 表面疲勞

由于輪齒表面或表面下存在著裂紋生核，其特征是金屬的移動和形成凹坑，并可使得凹坑合并或增大尺寸。

及時(shí)，齒面點(diǎn)蝕，輪齒在工作時(shí)，齒輪之間的接觸為高副接觸，輪齒表面會受到很大的接觸應(yīng)力。當(dāng)出現(xiàn)齒面接觸應(yīng)力比允許應(yīng)力大時(shí)，同時(shí)，齒面表層又處在多級載荷作用下，這使得齒面很容易出現(xiàn)裂紋，這些裂紋通常開始于輪齒節(jié)線附近，如圖l所示，就可以清楚的看出。當(dāng)接觸應(yīng)力對齒面繼續(xù)發(fā)生作用，這種麻點(diǎn)形成應(yīng)力的增高，輪齒表面逐漸出現(xiàn)表層金屬的片狀剝落，最終引起齒廓的破壞。

第二，疲勞剝損。對于機(jī)械設(shè)備而言，疲勞剝損是一種潛在的疲勞破壞，其特征是沿齒頂或頂棱從齒面上脫落下的顆?；蛐计^大。常見于硬齒面或表面淬火的齒輪，起源于齒面下的缺陷，或由于熱處理造成過高的內(nèi)應(yīng)力。

（2） 磨損

在煤礦機(jī)械設(shè)備的磨損中，其形式相對來說比較多，主要有以下幾種形式：正常磨損、中度磨損、破壞性磨損、磨料性磨損（擦傷）、干涉磨損、腐蝕性磨損、膠合、疲勞磨損（點(diǎn)蝕）、燒傷等。下面就介紹其中幾種在煤礦機(jī)械設(shè)備中經(jīng)常能夠遇到的磨損。

及時(shí)，正常磨損。這種磨損是由于齒面上的金屬相互之間以一定的速率緩慢的損耗。這種磨損是在齒輪的設(shè)計(jì)壽命之內(nèi)，不影響設(shè)備的正常使用情況，但是其磨損量不允許超過維修標(biāo)準(zhǔn)。

第二，破壞性磨損。它是齒面的損傷、齒廓的變化達(dá)到非常嚴(yán)重的程度的磨損，使運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性受到較嚴(yán)重的破壞，齒輪的壽命顯著降低。

第三，干涉磨損。由于在設(shè)備的使用初期，對齒輪的安裝不當(dāng)，當(dāng)輪齒不合理的或提前接觸時(shí)，其大部分的應(yīng)力都集中在主齒輪上，當(dāng)隨著設(shè)備的運(yùn)行，對齒輪的破壞由輕到重，嚴(yán)重時(shí)主動輪齒齒根被掘起，而相配齒輪的齒頂嚴(yán)重地卷起，引起齒輪副的破壞。

（3） 膠合

由于超負(fù)荷或使用潤滑油不當(dāng)，常因嚙合區(qū)溫度升高，在重載作用下輪齒接觸面的油膜被擠破，使兩輪齒的金屬面直接接觸并熔焊在一起，引起軟齒部分接觸面沿滑動方向被撕下而起溝。

3. 齒輪失效原因分析

我國煤礦機(jī)械設(shè)備事故率居高不下，一直困擾著煤礦生產(chǎn)安全，極大的阻礙著煤礦企業(yè)的發(fā)展。齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)承載后，產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力,同時(shí)齒輪嚙合時(shí)，產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，由于曲率半徑及根部形狀因素等使得該處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)這又會引起齒面的剪應(yīng)力增大，齒面的相對滑動又使滑動前方受壓后方受拉。除潤滑不良、三體（磨粒）磨損、化學(xué)腐蝕外，一般地說，若輪齒承受的交變應(yīng)力超過了材料的疲勞極限或強(qiáng)度極限應(yīng)力，這樣將會使得齒輪出現(xiàn)以上所介紹的失效形式，以下將分析造成這些失效形式的原因，其中主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1） 設(shè)計(jì)方面

在煤礦機(jī)械設(shè)備的使用過程中，設(shè)備的實(shí)際工況和使用情況與齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求結(jié)合不夠緊密，針對性不夠強(qiáng)，缺乏專項(xiàng)切實(shí)的科研和實(shí)驗(yàn)。有些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和測試方法、計(jì)算方法不統(tǒng)一、不先進(jìn)。有些齒輪的材質(zhì)設(shè)計(jì)選擇不當(dāng)，性能不好。表2所列對齒輪斷齒、點(diǎn)蝕和剝落有影響的因素，可供齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮。

（2） 制造加工方面

制造加工方面存在缺陷，齒輪制造質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，甚至產(chǎn)品質(zhì)量低劣。熱處理質(zhì)量不過關(guān)，淬火處理齒面硬度不均，產(chǎn)生淬火裂紋，積存較大內(nèi)應(yīng)力。加工精度不高，中、大模數(shù)齒輪加工常出現(xiàn)齒圈的徑向跳動和齒形超差，齒面粗糙度不合格，這些都影響著齒輪的接觸精度。直接影響著齒輪的承載能力和壽命。

（3） 安裝使用方面

在煤礦企業(yè)當(dāng)中，普遍存在著一些問題，比如，安裝技術(shù)規(guī)范不健全，在安裝過程中基本上靠著工人的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，同時(shí)測量儀器不完備，達(dá)不到齒輪安裝技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。甚至有的出現(xiàn)違章操作，使得機(jī)械設(shè)備處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這樣極大的損害了齒輪的使用壽命。

4. 結(jié)語

綜上所述，我國煤礦機(jī)械設(shè)備事故率居高不下，一直困擾著煤礦生產(chǎn)安全，極大的阻礙了煤礦企業(yè)的發(fā)展，這是一個亟待解決的安全問題，傳動齒輪作為機(jī)械設(shè)備中必不可少的一部分，它的設(shè)計(jì)水平、制造質(zhì)量和使用管理水平直接關(guān)系著煤礦機(jī)械設(shè)備的性和安全性，同時(shí)也影響到設(shè)備的使用年限。通過以上對煤礦機(jī)械中各種齒輪的失效形式及原因的分析，不僅能夠使得煤礦機(jī)械設(shè)備的功能發(fā)揮到，同時(shí)還能夠?qū)υO(shè)備本身存在的一些缺點(diǎn)做到了很好的補(bǔ)充，這樣可以使機(jī)械設(shè)備的使用壽命大幅度提高，為煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供有力保障。