農業機械齒輪的鑒定及常見損傷分析

張國成

摘 要：齒輪在農業機械中被廣泛應用，齒輪發生損傷，就會影響傳動裝置的正常工作，甚至會引起重大事故。我們要掌握齒輪技術狀態鑒定標準，知道齒輪損傷原因，以便做好預防工作，延長齒輪的使用壽命。

關鍵詞：農業機械；齒輪；鑒定；常見損傷

中圖分類號：TH132.41文獻標識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.12.051

齒輪傳動具有傳動效率高、結構緊湊、工作可靠、壽命長的特點，在農業機械中被廣泛應用。如輪式拖拉機驅動橋主傳動齒輪工作負荷相當繁重，其常見損傷形式是齒面磨損，齒面點蝕與剝落，齒面粘著磨損與輪齒折斷等。如果齒輪發生損傷，就會影響傳動裝置的正常工作，甚至會引起重大事故。因此，有必要對齒輪損傷作以分析，以提醒用戶注意使用方法。

1 齒輪技術狀態鑒定

農業機械大修中，齒輪的檢驗一般多采用手摸感覺法和量具測量法。疲勞剝落、裂損、折斷多采用目測法檢查。 下面以輪式拖拉機驅動橋主傳動齒輪為例，介紹齒輪的修理技術要求：①齒面磨損一般不得大于0.5 mm。②主、從動錐齒輪的疲勞剝落點面積不得大于一個齒的25%；輪齒損壞（不包括裂紋）不得超過齒長的1/5和齒高的1/3。在上述情況下，主動齒輪輪齒損傷不超過3個（相鄰的不超過兩個）；從動齒輪輪齒損傷不得超過4個（相鄰的不超過3個）。如僅損壞一齒，要求可酌量放寬。③主、從動圓柱齒輪輪齒損傷（不包括裂紋）應不大于全齒長的1/6和齒高1/3。④行星齒輪和半軸齒輪輪齒工作面的損傷，應不大于全齒長的1/4和齒高的1/3，一個齒輪上數量不多于3個。行星齒輪球面和半軸齒輪端面如有擦傷，其深度不得超過0.25 mm，擦傷面寬不得超過工作面的1/3，否則應予修磨。⑤對于損傷不嚴重的斑點、毛刺、擦傷，應予修磨后使用。對于損傷超過規定的齒輪，一般應更換。

2 齒輪損傷原因分析

2.1 齒面磨損

磨損是齒輪損壞的主要形式。齒輪經過長期工作后，齒輪表面的磨損會逐漸增大，乃至齒輪的正常嚙合印痕和嚙合間隙被破壞。這樣齒輪工作將進入事故損壞階段，此時如不注意使用、檢查和保養，就極易出現故障。齒輪牙齒表面有時磨損速度很快，短時期內嚙合即遭破壞，引起這種磨損的原因主要是人為造成的。例如：潤滑油添加不足或不及時更換變質的潤滑油；潤滑油中混入雜質；齒輪安裝調整不當等。有時還由于齒輪制造材質不佳；加工處理不好；表面硬度、強度和粗糙度不夠等原因造成的。

2.2 齒輪裂紋

齒輪裂紋是一種范圍很廣的缺陷或損傷，它包括：（1）淬火裂紋。由于淬火應力而產生的裂紋。分使用前就能看到的裂紋和使用后才出現裂紋兩種。它容易產生在齒頂和齒端角。（2）磨削裂紋。因磨削加工的條件不當或因存在淬火應力而產生的裂紋。該種裂紋有時在齒輪使用后出現。（3）疲勞裂紋。在材料彎曲疲勞過程中出現的裂紋，從齒根圓角處的表面或者表面正下方擴展。當齒輪一端接觸時，在齒的端部和圓角上，大體上成直角裂紋；當齒長方向采用鼓形齒或齒端修薄時，在圓角上沿齒向出現裂紋。

2.3 輪齒折斷

齒輪輪齒發生折斷現象的原因多種多樣，主要可以分為疲勞折斷、過載折斷、剪切折斷。

（1）疲勞折斷。當輪齒根部危險截面處的交變應力超過齒輪材料的疲勞極限時，會發生輪齒疲勞折斷現象。輪齒疲勞斷裂也受一些因素的影響，如設計不當、裝配不好、熱處理變形使輪齒接觸不好、齒根部位加工粗糙引起的應力集中（包括齒根部圓角半徑太小也會引起應力集中）、鋼材內部非金屬夾雜和熱處理質量（如心部硬度偏低）、使用中由于短時期的低速高載荷作用積累的結果等。

（2）過載折斷。過載折斷是短時過載或沖擊載荷而產生的折斷。它不像疲勞折斷從裂紋緩慢地擴展至折斷，其斷面情況同靜止彎曲破壞斷面相似。過載可以有以下4種情況引起輪齒斷裂：突然的沖擊過載荷；由于軸承損壞引起的輪齒過載荷；由于軸的彎曲引起的過載荷；在兩個配對齒輪間有大塊異物引起的過載荷。

（ 3）剪切折斷（輪齒剪斷）。作用于輪齒上的剪切載荷過大，造成齒輪折斷，并在破壞斷面附近產生較大的塑性變形。它往往發生在有色金屬齒輪、非金屬齒輪及齒輪聯軸器上。

2.4 齒面點蝕

點蝕是指表面或齒表面的交變應力超過材料的疲勞極限引起的損壞。根據損壞程度可分為初試點蝕、損壞性點蝕和剝落。嚴重時剝落可以連成一片。當齒面的循環接觸應力超過材料的接觸疲勞極限時，在齒面或離齒面一定深度處產生微細裂紋，裂紋逐漸擴展，微小金屬片從齒面剝落形成凹坑，造成點蝕。

（1）非擴展性點蝕。齒面經跑合后接觸面積增大使載荷分布趨于均勻，應力降到疲勞極限以下，點蝕就停止發展，這種點蝕的凹坑一般很小，齒輪仍可正常工作。

（2）擴展性點蝕。此種點蝕通常在節線的齒根部分出現。初始點蝕后雖經齒面跑合，但齒面應力仍超過材料的疲勞極限，點蝕凹坑的數量和大小不斷擴大，即成為擴展性點蝕。它使齒面磨損加劇，齒形變壞，振動和噪聲明顯增多，嚴重時，從點蝕凹坑開始開裂而引起斷齒。硬齒面齒輪通常出現擴展性點蝕。擴展性點蝕是齒輪表面硬度偏低（如表面碳含量偏低、脫碳及表面氧化等造成的表面硬度偏低）引起的。