曳引式電梯蝸輪輪齒失效原因分析及預防措施

鄧石唐

（河源市特種設備協會，廣東河源 517000）

0 引言

隨著我國經濟社會的快速發展，電梯作為一種垂直的交通運輸工具，與人們日常生活的聯系越來越緊密，同時電梯的運行安全也備受關注。曳引機作為電梯重要的動力驅動元件，其安全性能將嚴重影響電梯的安全運行。

根據減速箱是否有齒輪，電梯可分為有齒輪曳引機和無齒輪曳引機兩大類，其中有齒輪曳引機的主傳動類型又可以分為蝸輪蝸桿式、行星齒輪式以及斜齒輪式3 種傳動方式。蝸輪蝸桿式有齒輪曳引機良好的傳動特性主要有3 個：

（1）比較大、結構非常緊湊。

（2）蝸桿和蝸輪輪齒的嚙合是連續的，并且嚙合的齒對數較多，因此其傳動比較平穩，噪聲也比較低。

（3）自鎖性能良好。即當蝸桿的螺旋角小于齒輪間的當量摩擦角時，蝸桿傳動就會啟動自鎖，也就是說只有蝸桿帶動蝸輪，蝸輪是不可以帶動蝸桿的。

因此蝸輪蝸桿式有齒輪曳引機在電梯中得到廣泛應用，蝸輪蝸桿傳動也是目前國內有齒輪曳引機使用最為廣泛、技術最為成熟的一種。

近年來電梯沖頂等事故時有發生，其中因電梯蝸輪蝸桿輪齒失效引發的電梯安全事故或故障也有多起，如電梯沖頂、運行不平穩、運行抖動異常等。因此，開展電梯蝸輪蝸桿輪齒失效的原因分析以及相應的預防措施顯得尤為必要。

1 電梯蝸輪蝸桿輪齒失效原因分析

1.1 輪齒磨損失效

輪齒磨損是電梯蝸輪蝸桿傳動系統中最常見的一種形式，磨損原因主要有：

（1）由于材料和結構的原因，蝸桿的強度高于蝸齒，因此失效往往發生在蝸輪輪齒。目前蝸輪一般采用錫青銅材料制造，而蝸桿則采用45#淬鋼（硬度至45～55 HRC）或40Cr 淬鋼（硬度至50～55 HRC），蝸桿的硬度明顯高于蝸輪，因此在蝸輪蝸桿在傳動嚙合過程中蝸輪輪齒容易先出現磨損。

（2）傳動中使用的潤滑油雜質過多且量少，潤滑油牌號不符合潤滑要求，未使用電梯蝸輪蝸桿傳動專用的潤滑油等，都會導致在輪齒表面難以形成油膜的保護，進而加劇輪齒的磨損。

（3）電梯安裝時電梯蝸輪傳動系統裝配精度不夠，輪齒接觸面不均勻或接觸面較少，加上電梯如果長時間使用、經常超負荷運轉等，導致蝸輪韌性下降，加劇了蝸輪輪齒的磨損，最終導致輪齒磨損失效（圖1）。

圖1 電梯蝸輪輪齒磨損

1.2 輪齒折斷失效

在電梯蝸輪傳動系統，蝸輪輪齒折斷也是較常見的失效形式，一般可分為疲勞折斷和過載折斷（圖2）。

圖2 輪齒疲勞折斷

（1）出現疲勞折斷的主要原因為，電梯長時間使用，輪齒長期處于較大的變載荷作用下，蝸輪輪齒根部因長期經受交變彎曲應力的作用，當蝸輪輪齒根部承受的應力超過輪齒材料本身的最大承受耐久極限，在輪齒根部易出現裂紋。隨著電梯的繼續荷載使用，蝸輪輪齒不斷承受交變應力作用，輪齒根部裂紋不斷擴大，最終導致輪齒局部或整個折斷。

（2）出現過載折斷的主要原因有：電梯蝸輪輪齒傳動系統設計不當，輪齒材料選用錯誤及熱處理工藝不符合要求，導致電梯蝸輪輪齒在偶然承受電梯載貨峰值的沖擊過程中，輪齒承受的載貨超過了輪齒本身彎曲強度，因此容易導致輪齒過載折斷；如果安裝精度不夠、蝸輪輪齒嚙合面接觸不均或接觸面積小、裝配的側齒之間的間隙不當以及安裝的剛度和位置不對等原因，也會導致輪齒的受力接觸面偏向一端，當蝸輪輪齒受到集中載荷作用時，易導致輪齒沿受力接觸面偏向的那一端發生局部輪齒折斷。

1.3 輪齒齒面點蝕失效

輪齒表面點蝕也是蝸輪蝸桿傳動系統較為典型的一種失效，出現點蝕的原因主要有3 個（圖3）：

圖3 蝸輪輪齒表面點蝕

（1）輪齒材料和硬度不符合要求。輪齒選用的材料以及經熱處理工藝后，材料的硬度達不到使用要求，導致蝸輪輪齒表面的所能承受的疲勞接觸應力強度降低，因此在電梯蝸輪蝸桿傳動高強度高負荷工作中比較容易出現因承受的疲勞強度不足而出現齒面點蝕。

（2）蝸輪蝸桿輪齒安裝裝配精度不夠。蝸輪輪齒安裝精度達不到正常使用要求，如輪齒之間安裝間隙誤差大、嚙合精度以及輪齒運動精度誤差大等，這些因素會導致電梯蝸輪蝸桿傳動過程中容易出現因輪齒接觸不均或過度接觸，輪齒表面應力集中或應力分布不均而出現輪齒表面點蝕。

（3）潤滑油使用不當。在電梯蝸輪蝸桿傳動系統中，潤滑油發揮著重要的作用，一旦潤滑油使用不當，如潤滑油牌號錯誤，潤滑油的油品黏度降低，在輪齒表面不易形成有效的保護黏膜，潤滑性能降低；此外潤滑油油位過高，在使用過程中，當潤滑油溫度過高，會降低潤滑油的黏性，也會降低潤滑油的潤滑性能，導致輪齒表面的保護油膜厚度減小，最終出現齒面點蝕。

1.4 輪齒齒面膠合失效

輪齒齒面膠合也是電梯蝸輪蝸桿傳動系統常見的一種失效形式（圖4）。

圖4 輪齒齒面膠合

導致蝸輪輪齒表面出現膠合的原因主要是，當電梯高速重載，蝸輪傳動系統的潤滑油油溫快速上升，如果蝸輪蝸桿式曳引主機散熱功能較差，潤滑油的油溫會持續上升、黏度下降，蝸輪輪齒表面保護油膜會遭到嚴重破壞，這樣在電梯蝸輪蝸桿嚙合的傳動過程中，兩輪齒接直接金屬觸面會產生瞬時高溫，硬度較低的輪齒表面會熔焊在另一個輪齒表面上，再加上兩齒面傳動過程中的相對滑動，在較軟的蝸輪輪齒表面上形成與滑動方向一致的撕裂溝痕，形成膠合。

2 防范措施

為降低電梯蝸輪蝸桿傳動系統中輪齒發生以上失效概率，切實消除安全隱患發生的風險，本文提出了以下4 種防范措施。

（1）輪齒材料以及熱處理工藝要符合使用要求。選擇合適的輪齒材料并進行恰當熱處理，使其強度和硬度能夠滿足電梯各種工況載荷下的運行要求，這樣可以大大降低輪齒磨損、折斷的風險，延長電梯蝸輪蝸桿傳動系統的使用壽命。

（2）使用電梯蝸輪蝸桿指定的專用潤滑油。不同型號規格電梯蝸輪蝸桿傳動系統適用于不同的電梯載荷工況，使用的潤滑油牌號也有區別，只有使用指定牌號的專用潤滑油才能滿足蝸輪傳動系統潤滑油的黏度和潤滑性能要求，在輪齒表面形成良好的保護油膜，有效降低輪齒表面磨損、點蝕發生的風險。

（3）安裝精度符合使用要求。電梯蝸輪蝸桿傳動系統對于安裝精度有比較嚴格的要求，在安裝過程中如果出現安裝精度不夠，如間隙過大或過小、安裝位置不準確等，則會導致輪齒嚙合精度不符合要求，電梯在運行過程中可能會出現異常抖動或異響、運行不平穩，加大輪齒表面發生磨損、膠合失效的風險。因此，只有保障電梯蝸輪蝸桿傳動系統的安裝精度，才能提高輪齒的使用壽命，保障電梯安全平穩運行。

（4）加強日常維護保養。日常維護保養可以提取發現很多潛在的安全隱患，這對于提高蝸輪蝸桿傳動系統的使用壽命具有重要作用。在日常維護保養過程中，如果發現潤滑油油位過高、油溫升過快，應通過調節油位和溫升將有效降低輪齒表面膠合失效的風險；如果潤滑油油位過低或潤滑油雜質過多、黏度下降等，通過添加同牌號的潤滑油或更換新的潤滑油，也將有效降低蝸輪輪齒表面磨損和點蝕的風險。

3 結束語

本文分析了電梯蝸輪蝸桿傳動系統輪齒磨損、折斷、點蝕、膠合4 種典型的失效形式及出現原因，并提出相應的預防措施，以降低傳動輪齒失效的概率，提高電梯蝸輪蝸桿傳動系統的使用壽命，對于保障電梯的安全平穩運行、降低電梯事故發生概率具有重要意義。