三.减速机断齿故障分析
减速机最常见、最容易发生的故障就是轮齿剥落、点蚀、掉块和断齿,特别是低速级的齿轮,掉块、断齿现象最为频繁。在供油油质、油量、油压、传动负荷等都正常的情况下,减速机的输出大齿轮转速最低,承受的转矩最大,受力最大,齿轮的直径和单重最大,毛坯锻造、机械加工和热处理、安装要求难度也最大,若在技术、控制、质量检验等某一道工序中把关不严,就可能会造成该齿轮在使用中发生问题。减速机发生断齿后,修复难度大、费用高、周期长,对工厂的生产影响大。
断齿的因素较多,根据分析,减速机断齿的位置一般都不对称,大多不发生在齿根部位,断口形状与一般疲劳断裂的断口形状相似,在断口上能够明显地观察到疲劳源、光滑的或贝壳状的疲劳裂纹发展区和粗糙的瞬断区。大部分属于随机断裂。主要是由于缺陷或过高的有害残余应力所诱发,可能是夹杂物、微细磨削裂纹或不适当的热处理引起的局部断裂。从断口形态和部位分析,首要原因可能是材质夹杂、毛坯锻造有问题;其次是淬火与渗碳工艺欠佳,或其它原因造成齿轮本身质量问题。
减速机及电动机的中心线位于同一条轴线上,这样运行才能平稳,尤其可使减速机的齿轮进入良好的啮合状态。如果电机与减速机的中心线不在同一条轴线上,在运行中,减速机的输出轴产生一个很大的斜拉力,使减速机低速大齿轮的齿轮轴歪斜,其中心线和与其啮合的两个小齿轮的齿轮轴中心线不平行,导致低速大齿轮和两个小齿轮的轮齿啮合面减小,增加轮齿的偏载负荷。两端轴承处产生转角,齿轮长期处于严重地偏载运行,这也是减速机发生轮齿掉块、断齿等故障的一个重要原因。
四.减速机润滑
主要包括对齿轮和轴承的润滑,根据弹性流体动力学润滑理论,齿面润滑的状态与齿面的接触应力、滑动速度和方向、润滑油性能有着密切的关系。由于齿轮传动的特点是啮合时间非常短促和同时发生滑动和滚动,且滑动方向和大小都在急剧地变化,接触面积很小且接触应力很高,原来的压粘关系在高压(高应力)下已失效,在此情况下,根据试验结果值,齿轮的润滑状态可分为3种:
1.完整全油膜润滑。齿面完全被弹性流体动力油膜隔开,轮齿表面的磨擦转变为油膜内部分子间磨擦,磨擦系数很小。油膜厚度受负荷影响不大,载荷全部由油膜承担,发生点蚀、胶合、磨损等损伤概率最小,这是一种理想状态。
2.边界润滑。弹流动力润滑油膜厚度小于两齿面的综合粗糙度,轮齿间不存在有流动油膜(高速齿轮除外),齿面只能靠边界油膜隔开,轮齿表面有较多的凸峰接触,易发生擦伤、粘着胶合的摩损。为避免齿面直接接触,应在基油中加人油性剂和极压剂,来改善润滑油的性能,形成吸附膜和极压润滑膜。边界润滑是一种不稳定的润滑状态。
3.混合润滑状态。它界于前两者之间,齿面间既有弹流润滑,又有边界润滑,这种润滑状态差异很大,有的接近弹流润滑,有的接近边界润滑。
五.润滑对减速机的影响
1.润滑对胶合的影响
胶合是齿轮最常见的磨损现象。胶合是由于齿面的润滑膜完全失去了作用,发生金属直接接触,产生干磨擦(局部高温),使金属熔化相互粘着而又撕开。润滑可以阻止胶合的产生。对不含油性剂和极压剂的矿物油,若油的粘度愈高,形成的油膜愈厚,粘附性愈强,容易阻止齿面的直接接触,抵抗粘着磨损的能力愈强。对于在矿物油中加人油性剂和复合矿物油,它可以用物理和化学的吸附方式,形成比纯矿物油更牢固的边界油膜,抵抗粘着磨损的效果更显著;对含有极压剂的极压齿轮油,它能与齿轮表面发生化学反应,生成无机物覆盖膜,使胶合磨损失去产生的机会。极压添加剂的品种和添加数量不同,对胶合的影响也不一样。一般来说,极压油比非极压油抗粘性能好。供油量和供油方式对粘着也影响。供油量充足,可以提高抗胶合的极限负荷。喷油方式比油浴方式的润滑冷却效果好,油温低,抗胶合磨损的能力强。从齿轮啮出侧喷油,比啮入侧喷油效果好。
2.润滑对点蚀的影响
疲劳点蚀也是齿轮磨损的一种极普遍现象。点蚀的程度和发生的时间,主要取决于接触应力大小,载荷循环数、材料硬度、表面微观几何形状及润滑状态和润滑膜厚度。因此,如果润滑油选用不当,或润滑方式不良,均会引起或促使疲劳点蚀。使用低粘度油,因为流动性较好,容易渗人表面裂纹中,加速裂纹的发展和金属块的脱落,引起点蚀。高粘度的油对于渗人裂纹的作用没有稀油活泼,同时,粘度高有利于油膜的建立和油膜厚度的增大,并且油的弹性可缓和冲击,使接触应力的分布更趋于均匀,相对地降低了最大应力值,增强了齿面的耐点蚀能力。所以适当提高润滑油的粘度,可以减少表面疲劳点蚀的发生和扩展。
润滑油中的添加剂对点蚀也有影响,特别是极压添加剂,如果使用不当,往往造成腐蚀加速点蚀生成。为了防止点蚀,使用极压添加剂必须慎重考虑,对添加剂的组分、用量、齿轮的材质、接触应力、负荷性质、速度、环境温度等都应十分注意,不能随便采用。润滑方式与供油量对点蚀也影响。从防疲劳点蚀出发,供油量不宜过多。供油量过多,会有部分油因在啮合的齿面间,受到挤压,从而产生局部高压,增加接触应力。同时油在高压作用下渗人裂纹的量也多,促进疲劳点蚀的发生和发展。但是为防止胶合,又必须有充分的渍量,所以,应综合全面考虑供油量的多少,以取得良好的润滑效果。
3.润滑对磨料磨损的影响
若是润滑中混入了泥沙、灰尘、铁鳞、金属粉末,就会产生磨料磨损,且磨损速度较快。各种润滑油对磨料磨损不起改善作用,油只能把外来杂质从齿面上冲洗掉。若磨损微粒悬浮在油中,将起研磨剂作用,促使磨料磨损继续发展。为了防止磨料磨损,保持润滑油的洁净是非常重要的。油浴润滑选用较低粘度的,有利于磨粒沉淀。油品必须经过滤之后才能使用。要定期对润滑系统油质进行取样化验,定期进行净化。
六.总结
要使减速机高效运行,必须得有先进的润滑技术作为保障,针对特定的摩擦副确定相应的润滑油,进而选择合理的润滑方式,是减速机安全平稳运行的前提。
减速机发生故障后,在对现场详细观察分析,搞清楚故障情况,并保留故障遗留的实物和必要的检测情况记录,积极与制造厂家联系,认真细致地分析故障原因,在想方设法迅速恢复生产和力争把损失降到最小的原则指导下,根据实际情况制订切实可行的处理方案。减速机齿轮断齿故障,要将断齿部分打掉,清除裂纹的扩展部分,并将毛剌、尖角用砂轮打圆磨光;检查齿面啮合情况,尽量调整到最佳状态;酌情减负荷运行,加强状态监测、润滑油管理和提高维护操作水平,尽量减少启动次数,尽快与制造厂家签订配件定购合同,并就下一步安装调试达成协议。