機(jī)械軸承和齒輪的失效原因及解決方案

姚少華

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備力泰有限責(zé)任公司， 山西 大同 037036）

引言

對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)而言，機(jī)械設(shè)備是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的內(nèi)容，而軸承和齒輪作為機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，其能否正常運(yùn)行，將會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備的效用發(fā)揮造成直接的影響，但機(jī)械設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行當(dāng)中，出現(xiàn)軸承及齒輪失效的情況是不可避免的，想要有效降低這些零部件失效的影響，還需要相關(guān)維護(hù)人員對(duì)失效的原因進(jìn)行全面的了解，以此為基礎(chǔ)，制定解決方案，才能確保機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。

1 軸承失效原因和具體表現(xiàn)

1.1 磨損失效

機(jī)械運(yùn)行期間，軸承零件相互摩擦是不可避免的，而長(zhǎng)時(shí)間的摩擦?xí)斐赡p問題，隨著磨損問題的加劇，會(huì)使軸承的形狀以及尺寸出現(xiàn)變化，同時(shí)會(huì)降低軸承表面的光滑程度，影響軸承的運(yùn)行精度。特別是在軸承接觸面出現(xiàn)受力不均或者是軸承零件之間有異物進(jìn)入的情況下，還會(huì)加快零部件的磨損速度。

1.2 斷裂失效

通常軸承在運(yùn)行期間會(huì)受到外部載荷作用的影響，但由于軸承自身的承受能力有限，如果外部載荷作用超過軸承的承受限度，就會(huì)造成軸承斷裂的情況，而之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，主要有以下原因：一是軸承安裝缺乏合理性；二是軸承質(zhì)量不合格，或者是之前受到損傷，存在縮孔以及裂紋等問題；三是部分軸承零件在制造期間，出現(xiàn)小裂紋、局部燒傷或者是生產(chǎn)過熱的情況，在這種情況下，受到外力的影響，就容易產(chǎn)生斷裂失效的問題。

1.3 腐蝕失效

對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言，其運(yùn)行環(huán)境也是造成軸承失效的重要原因之一，其中最容易造成軸承失效的原因就是腐蝕失效。這種失效問題主要是由于設(shè)備運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中存在腐蝕性物質(zhì)，在腐蝕物質(zhì)接觸軸承零部件以后，會(huì)使軸承表面受到腐蝕，在軸承表面產(chǎn)生蝕坑，導(dǎo)致軸承表面逐漸變得粗糙、脆硬，進(jìn)而出現(xiàn)失效的情況。

1.4 接觸疲勞失效

這種失效問題較為常見，主要是軸承表面受到交變應(yīng)力影響產(chǎn)生裂紋，在應(yīng)力作用較強(qiáng)的情況下，還可能造成斷裂的情況。

1.5 游隙變化以及塑性變形失效

外界因素是造成這兩種失效問題的主要原因，在溫度或者是外力作用的影響下，軸承就會(huì)出現(xiàn)塑性變形以及局部變形的情況，若塑性變形較為嚴(yán)重，就會(huì)造成軸承失效。而軸承在正常運(yùn)行過程中，受到外部環(huán)境的影響，會(huì)使軸承零件間的配合間隙發(fā)生變化，不僅會(huì)降低軸承的精度。同時(shí)，還會(huì)存在軸承零部件之間出現(xiàn)咬死的情況，進(jìn)而造成游隙變化失效。

2 齒輪失效原因和具體表現(xiàn)

2.1 磨損失效

這種齒輪失效情況較為復(fù)雜，涉及到輕微磨損、膠合磨損、腐蝕磨損以及過度磨損等情況。其中，輕微磨損主要是由于使用齒輪的過程中，應(yīng)用的潤(rùn)滑劑質(zhì)量不佳，齒輪工作載荷超標(biāo)或者是工作速度和齒輪粗超度存在不匹配的情況；而過度磨損則是由于未能對(duì)齒輪進(jìn)行有效的潤(rùn)滑，且運(yùn)行空間未能做好密閉工作，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的振動(dòng)問題，而振動(dòng)會(huì)形成一定的沖擊載荷，加速齒輪的磨損，最終造成過度磨損。而膠合磨損同樣是造成磨損失效的重要因素，其在機(jī)械齒輪運(yùn)行期間較為常見。所謂的膠合磨損，實(shí)際就是齒輪在運(yùn)行期間受到壓力影響，在其齒面產(chǎn)生黏著問題，而齒輪咬合期間，齒面金屬灰會(huì)被逐漸剝落，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的膠合磨損問題，膠合磨損主要是沒有做好齒輪潤(rùn)滑工作，齒輪潤(rùn)滑程度無法滿足實(shí)際工況的要求，這時(shí)就容易產(chǎn)生膠合磨損問題。此外，若齒輪運(yùn)行期間嚙合速度過快，或者是受到的應(yīng)力影響較大，容易使齒輪局部出現(xiàn)溫度過高的問題，在這種情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，非常容易造成嚴(yán)重的膠合磨損問題。而腐蝕磨損則是與軸承的腐蝕失效原理類似，主要是受到運(yùn)行環(huán)境影響，齒輪與化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，出現(xiàn)腐蝕磨損。

2.2 折斷失效

在齒輪失效問題當(dāng)中，折斷失效較為常見，若齒輪表面較為粗糙或者是齒根圓半徑相對(duì)較小，在受到交變應(yīng)力影響的情況下，就容易在齒輪的齒根處出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷，特別是在嚙合時(shí)，如果存在異物，更容易造成折斷失效的問題。

2.3 塑性變形失效

若用于制造齒輪的材料存在硬度不足的問題，且齒輪嚙合過程中存在較大的接觸應(yīng)力，在沒有有效潤(rùn)滑的情況下，齒輪就非常容易產(chǎn)生塑性變形，而塑性變形會(huì)造成齒面爬行的情況。在降低齒輪運(yùn)行速度的同時(shí)，產(chǎn)生振動(dòng)，影響齒輪運(yùn)行的穩(wěn)定性，進(jìn)而引發(fā)鱗皺問題。另外，齒輪在重載工況下，其接觸應(yīng)力會(huì)有所提升，加之沒有良好的潤(rùn)滑以及齒輪轉(zhuǎn)速太慢，就容易造成起脊的問題。

2.4 疲勞失效

若齒輪材質(zhì)不佳，或者是表面過于粗糙，在嚙合過載的情況下，容易出現(xiàn)齒輪點(diǎn)蝕的情況，且在齒輪嚙合期間，會(huì)增加相應(yīng)的應(yīng)力作用。在這種情況下，齒輪的運(yùn)行方向及速度也可能會(huì)出現(xiàn)改變，進(jìn)而對(duì)滑油膜的形成造成不利影響，引發(fā)疲勞失效的問題。

3 解決機(jī)械軸承及齒輪失效的具體方案

3.1 做好相關(guān)設(shè)計(jì)工作

分析機(jī)械抽成及齒輪失效的原因可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)問題是造成失效問題的主要原因之一，因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在對(duì)機(jī)械軸承以及齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，必須要對(duì)造成失效的各項(xiàng)原因進(jìn)行綜合的考慮，利用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，盡可能的減少軸承及齒輪中的設(shè)計(jì)缺陷，避免由于齒輪設(shè)計(jì)質(zhì)量不佳，造成失效問題。除此之外，機(jī)械軸承及齒輪在運(yùn)行期間往往需要承受較大的工作載荷。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到運(yùn)行環(huán)境對(duì)于零部件工作性能的影響，要結(jié)合機(jī)械的工作環(huán)境，選擇適合所處工作環(huán)境的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免材料受到腐蝕或者是出現(xiàn)磨損、斷裂等情況造成失效問題[1]。

3.2 強(qiáng)化保養(yǎng)維護(hù)工作

相關(guān)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，維護(hù)保養(yǎng)工作的質(zhì)量也是造成軸承、齒輪失效的主要原因之一。因此，在對(duì)機(jī)械進(jìn)行使用的過程中，必須要對(duì)機(jī)械的軸承以及齒輪加強(qiáng)保養(yǎng)和維護(hù)，除了要選擇質(zhì)量較好的潤(rùn)滑油，做好零部件潤(rùn)滑工作以外，還要對(duì)受損的零部件進(jìn)行及時(shí)的更換，避免受損零部件在長(zhǎng)期運(yùn)行的情況下出現(xiàn)失效的情況。與此同時(shí)，保養(yǎng)維護(hù)人員在日常工作中，還要對(duì)各零部件之間的異物及污物進(jìn)行及時(shí)的清理，使軸承以及齒輪的工作環(huán)境能夠得到有效的改善，避免各種失效隱患的出現(xiàn)[2]。

3.3 應(yīng)用先進(jìn)診斷方法

想要將機(jī)械當(dāng)中的軸承、齒輪失效問題有效解決，除了要對(duì)各種失效原因進(jìn)行全面的了解以外，相關(guān)單位還要對(duì)先進(jìn)的診斷方法進(jìn)行積極的引入，要通過高新技術(shù)，將各項(xiàng)故障隱患問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，確保各項(xiàng)隱患能夠被及時(shí)清除，避免出現(xiàn)失效的情況，除此之外，還要利用集成化以及智能化的診斷手段，對(duì)故障位置進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，以此來保證失效問題處理效率，保證機(jī)械的運(yùn)行效益[3]。

4 結(jié)語

能夠造成機(jī)械軸承和齒輪失效的因素有很多種，而機(jī)械軸承以及齒輪的失效會(huì)對(duì)機(jī)械的運(yùn)行安全以及運(yùn)行效率造成巨大的影響。因此，必須要對(duì)機(jī)械軸承和齒輪失效問題保持高度重視，在充分了解其失效原因的基礎(chǔ)上，對(duì)各種解決方案進(jìn)行科學(xué)的應(yīng)用，從而為機(jī)械的平穩(wěn)、高效運(yùn)行提供支撐。