本文以∮2700×3600型球磨機(jī)的傳動(dòng)齒輪副為例，重點(diǎn)對(duì)傳動(dòng)齒輪磨損失效問(wèn)題進(jìn)行研究，并提出改進(jìn)措施。
1、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
本文研究的∮2700x 3600型球磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，該傳動(dòng)系統(tǒng)采用半開(kāi)式單邊傳動(dòng)。
由圖l可知，該傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、小齒輪、大齒圈及軸承和軸承座等。傳動(dòng)過(guò)程如圖2所示：
電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳給小齒輪，再經(jīng)齒輪嚙合傳給大齒圈，帶動(dòng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)齒輪參數(shù)如表1。該傳動(dòng)齒輪副系統(tǒng)具有高速、強(qiáng)振動(dòng)、重載、周期性沖擊、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，富通新能源銷(xiāo)售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
在生產(chǎn)運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)齒輪使用壽命與預(yù)期壽命有的相差很大，齒輪齒面磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，非正常磨損又導(dǎo)致傳動(dòng)裝置產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成軸承座的損壞。通過(guò)對(duì)報(bào)廢齒輪的失效形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)輪齒雖然也有折斷現(xiàn)象，但比例較小，磨損失效占的比例最大，有必要對(duì)磨損問(wèn)題進(jìn)行研究。
2、傳動(dòng)齒輪副磨損理論及影響因素
2.1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)
齒輪傳動(dòng)實(shí)際上是通過(guò)主動(dòng)齒輪的齒廓，推動(dòng)從動(dòng)齒輪輪齒的齒廓來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞的。在一對(duì)輪齒從開(kāi)始嚙合到脫離嚙合的過(guò)程中，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)齒輪傳動(dòng)中，作用在輪齒上的力總是垂直指向齒面。
(2)傳動(dòng)過(guò)程中，齒面上任一點(diǎn)處的受力都是時(shí)時(shí)變化的，從齒體來(lái)說(shuō)，以彎曲應(yīng)力為主。
(3)在輪齒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，除節(jié)點(diǎn)處是純滾動(dòng)外，其余接觸點(diǎn)均為連滾帶滑，齒根部分比齒頂部分跑得慢。
(4)齒輪副的實(shí)際中心線和理論嚙合線是以平面運(yùn)動(dòng)方式變化的，實(shí)際嚙合點(diǎn)的軌跡足一條曲線。
2.2磨損理論及分類(lèi)
磨損是指運(yùn)動(dòng)副之間磨擦導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移，齒輪磨損是指嚙合過(guò)程中齒輪表面材料不斷摩擦和消耗的過(guò)程日。
關(guān)于磨損現(xiàn)象的本質(zhì)問(wèn)題，人們?cè)?jīng)提出過(guò)很多理論p，如克拉蓋爾斯基的疲勞磨損理論，麻省理工學(xué)院的剝層理論等他們從不同的角度對(duì)磨損現(xiàn)象進(jìn)行了大量的理論研究。但由于影響因素多種多樣，例如材料性能、工作環(huán)境、潤(rùn)滑、制造和安裝精度以及在運(yùn)行過(guò)程中的維修等等，各因素之間又互相影響，因此對(duì)磨損的研究，以實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)為主，以獲得研究數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性的研究。
關(guān)于磨損的分類(lèi)方法也不一致，可概括為以下幾種：按磨損程度可以將磨損劃分為輕微磨損、中等磨損和過(guò)度磨損；按照磨損機(jī)理可分為粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損、流體侵蝕磨損、機(jī)械化學(xué)磨損等類(lèi)型；按磨損結(jié)果著重對(duì)磨損表面的外觀描述可分為劃傷磨損、點(diǎn)蝕磨損、剝落磨損、膠合磨損等。
2.3磨損影響因素
本文主要從制造、工作環(huán)境、潤(rùn)滑、安裝精度等方面進(jìn)行研究。
2.3.1制造方面
首先是選材，材料是決定齒輪耐磨性的一個(gè)重要因素，材料的含碳量及合金成份對(duì)耐磨性有明顯影響。有資料介紹，合金元素與鋼中的碳形成特殊的碳化物，能明顯提高鋼的耐磨性。而Ni是一種綜合性較好的元素，它不能與碳形成碳化物，可以增強(qiáng)鋼的淬透性，提高材料的各項(xiàng)機(jī)械性能。其次是輪齒的制造精度和表面光潔度，應(yīng)符合要求。
2.3.2工作環(huán)境方面
受空間、重量等因素的限制，該傳動(dòng)系統(tǒng)采用制造簡(jiǎn)單、更換方便的開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。實(shí)際工作條件是：首先空氣中漂浮有大量粉塵，當(dāng)這些顆粒落到齒面上時(shí)，則由于油脂的粘附作用，這些顆粒會(huì)附著在齒面上，隨著輪齒的相互嚙合，受到強(qiáng)大壓力作用，較硬的粉塵顆粒被嵌入齒面，超過(guò)齒輪齒面硬度的顆粒，就會(huì)在齒面上劃出劃痕；繼續(xù)受壓應(yīng)力作用，疲勞脫落，就形成磨損顆粒。其次這類(lèi)齒輪由于本身受負(fù)荷較大，沖擊嚴(yán)重，潤(rùn)滑不良，密封狀況較差，齒面也容易發(fā)生劇烈磨損，
2.3.3潤(rùn)滑方面
該傳動(dòng)系統(tǒng)的潤(rùn)滑裝置是在嚙合區(qū)上方的齒輪護(hù)罩部位開(kāi)有—個(gè)的加油槽，潤(rùn)滑油通過(guò)油槽底部的縫隙滴到齒輪上方的脫離嚙合的部位，又是采用人工定期加油。容易出現(xiàn)如下問(wèn)題：
(1)由于潤(rùn)滑油是在齒輪旋轉(zhuǎn)一周后，才能進(jìn)入嚙合區(qū)。大部分潤(rùn)滑油在離心力的作用下被甩到齒輪副上面護(hù)罩的底部，只有很少一部分能進(jìn)入齒輪副局部嚙合區(qū)，造成嚙合區(qū)缺油，形成千摩擦引起磨損。
(2)由于加油槽沒(méi)有進(jìn)行封閉，空氣中的漂浮物和小顆粒，會(huì)隨著潤(rùn)滑油進(jìn)入嚙合表面，引起磨粒磨損，齒輪護(hù)罩底部的長(zhǎng)期積累下的顆粒由于振動(dòng)也會(huì)落入齒輪嚙合區(qū)，也容易引起磨粒磨損。
(3)加油槽長(zhǎng)期不清理，空氣中的漂浮物和小顆粒，堵塞加油縫隙，部分操作人員不按時(shí)加油都容易造成注油不充分，導(dǎo)致缺油，在齒輪副嚙合面之間不能形成油膜，形成干摩擦。
2.3.4安裝精度方面
安裝精度不合格時(shí)，容易出現(xiàn)兩類(lèi)問(wèn)題：
(1)當(dāng)球磨機(jī)的軸線與小齒輪軸線平行度誤差超出允許范圍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“一端接觸”現(xiàn)象，引起載荷沿齒寬方向分布不均勻，導(dǎo)致輪齒表面產(chǎn)生磨損不均勻，以及嚙合齒輪的側(cè)間隙或頂間隙控制不嚴(yán)時(shí)，會(huì)影響齒輪的潤(rùn)滑效果引起磨損。
(2)當(dāng)球磨機(jī)電機(jī)軸和小齒輪的軸線之間的同軸度誤差超出允許范圍時(shí)，會(huì)引起強(qiáng)烈的振動(dòng)，系統(tǒng)振動(dòng)能使齒輪在嚙合過(guò)程中出現(xiàn)所謂的動(dòng)態(tài)嚙合變位，這種動(dòng)態(tài)嚙合變位導(dǎo)致嚙合點(diǎn)在齒高中部某些鄰域以進(jìn)兩步退一步的往復(fù)方式移動(dòng)，這一方面容易使嚙合齒面間的潤(rùn)滑油膜遭到破壞，使磨擦增大，另一方面導(dǎo)致沖擊載荷急劇增加，使載荷峰值增加，也增加了嚙合齒面聞的相對(duì)滑動(dòng)距離，這幾方面的綜合效應(yīng)導(dǎo)致嚙合齒面間發(fā)生劇烈滑動(dòng)摩擦，引起齒面的過(guò)早磨損。
3、改進(jìn)方案及措施
根據(jù)以上分析，結(jié)合實(shí)際工作條件，從以下方面提出如下改進(jìn)措施。
(1)改變齒輪密封形式。為減少進(jìn)入齒輪副嚙合面的粉塵數(shù)螢，減少磨粒磨損現(xiàn)象的發(fā)生，將密封形式由半開(kāi)式改為封閉式。
(2)改變齒輪潤(rùn)滑方式。為保hE齒輪嚙合面上潤(rùn)滑油的充分供給，避免缺油現(xiàn)象的發(fā)生，將齒輪潤(rùn)滑方式由人工定時(shí)加油改為自動(dòng)噴油潤(rùn)滑。
(3)為避免“一端接觸”現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)格按照球磨機(jī)安裝和檢修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝和檢修，保證電動(dòng)機(jī)主軸和小齒輪的軸線之間的同軸度誤差在允許的范圍內(nèi)。
(4)為減少傳動(dòng)齒輪副的周期性沖擊、振動(dòng)等，應(yīng)加強(qiáng)日常點(diǎn)檢和維修，將小齒輪軸線和大齒輪軸線之間的平行度嚴(yán)格控制在誤差允許范圍之內(nèi)。
(5)改善齒面的加工質(zhì)量，在不增加加工成本的前提下，盡量提高輪齒的精度和表面光潔度，使齒面有效接觸面積盡可能擴(kuò)大，減少磨損。
4、結(jié)束語(yǔ)
首先簡(jiǎn)述了Ø2700×3600型球磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)，指出磨損是傳動(dòng)齒輪副的主要失效形式，結(jié)合磨損理論分析了影響因素，并提出改進(jìn)措施，得出如下結(jié)論：
(1)磨損是球磨機(jī)傳動(dòng)齒輪副的主要失效形式。
(2)齒輪的材料性能、制造精度對(duì)齒輪的磨損失效有很大的影響。
(3)工作環(huán)境惡劣，傳動(dòng)齒輪副密封狀況差，導(dǎo)致齒輪磨損的主要原因。
(4)潤(rùn)滑不良、安裝精度差引起的振動(dòng)，也是齒輪副產(chǎn)生磨損主要原因。
