大型開式齒輪常見損傷及潤滑建議
· 關(guān)鍵字:克魯勃-潤滑油-開式齒輪-常見損傷
· 摘要:在水泥行業(yè)中的燒成和生料、熟料、煤的破碎等工藝設(shè)備中，大型開式齒輪常被選作設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)單元。其傳動(dòng)齒輪副長期處于低速、重載、大沖擊力的工況中，齒輪表面往往會(huì)出現(xiàn)不同形式的損傷，如過度磨損、擦傷、膠合、點(diǎn)蝕、塑性變形等，繼而導(dǎo)致齒面金屬材料的遺失，改變齒輪的幾何尺寸，嚴(yán)重影響齒輪副的使用壽命，降低生產(chǎn)的連續(xù)性。
本文針對大型開式齒輪常見的齒面損傷，結(jié)合具體的圖片，提出防止損傷發(fā)生及合理潤滑的建議，供現(xiàn)場技術(shù)人員參考并有望解決現(xiàn)場問題。
克魯勃根據(jù)開式齒輪的運(yùn)行條件和損傷產(chǎn)生的機(jī)理，提供系列開式齒輪潤滑產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù)，創(chuàng)造并保障良好潤滑條件、降低齒輪磨損、減少損傷的出現(xiàn)，并抑制既有損傷的擴(kuò)展。
一、磨損
磨損是指由于機(jī)械、化學(xué)或其它因素導(dǎo)致材料的慢速損失，齒輪表面發(fā)生改變。并非所有的磨損都定義為損傷，對于大型開式齒輪，齒輪運(yùn)行初期發(fā)生的正常磨損有利于改善設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和潤滑條件。
1．正常磨損
這種磨損發(fā)生在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的早期階段，粗糙的開式齒輪表面的機(jī)加工痕跡逐漸消失，齒面呈光亮狀態(tài)，常稱為跑合磨損。磨光和中等磨損都屬于正常磨損類型。
正常磨損的形貌特征：磨光是一種緩慢的磨合，兩接觸齒面的凹凸不平逐漸被磨去，機(jī)加工痕跡逐漸消失，齒面粗糙度大為降低，因此產(chǎn)生光滑的齒面，磨光對改善齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有積極的促進(jìn)作用，左下圖為磨光圖片實(shí)例。中等磨損齒面的特征是兩齒面都有金屬移失，在節(jié)曲面附近出現(xiàn)一條連續(xù)的條帶，如右下圖。在壽命以內(nèi)的正常磨損并不影響齒輪的使用。
a) 磨光實(shí)例 b) 中等磨損實(shí)例
圖1 齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)早期階段的正常磨損類型
用于轉(zhuǎn)窯類設(shè)備驅(qū)動(dòng)的齒輪精度在8~9級 (AGMG 2000)，用于管磨類設(shè)備的齒輪精度在9~10級 (AGMG 2000)。因此，大型開式齒輪副在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，接觸面積小，存在局部過載，高點(diǎn)的局部接觸應(yīng)力往往超過材料的接觸疲勞強(qiáng)度，疲勞裂紋就會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)。若此類疲勞裂紋不能快速消除，疲勞裂紋會(huì)持續(xù)發(fā)展成點(diǎn)蝕損傷。
因此，對于新制大型開式齒輪或翻面使用的齒面，克魯勃提出：在齒輪的運(yùn)行初期，必須通過磨合過程來達(dá)到磨光的目的，借助專用磨合潤滑劑快速降低表面粗糙度、提高接觸比例，防止出現(xiàn)初期損傷，為后期取得良好潤滑狀態(tài)創(chuàng)造條件。
2．磨料磨損
磨料磨損是指由于混在潤滑劑中的堅(jiān)硬顆粒（如砂粒、銹蝕物、金屬雜質(zhì)等），在齒面嚙合時(shí)的相對運(yùn)動(dòng)中，使齒面材料發(fā)生遺失或錯(cuò)位。齒面上嵌入堅(jiān)硬的顆粒，也會(huì)造成磨料磨損。
磨料磨損的形貌特征：齒面出現(xiàn)不同尺寸的分散凹坑，其邊緣比較圓滑。
圖2 齒輪磨料磨損實(shí)例
此種損傷類型與潤滑無關(guān)，且不會(huì)持續(xù)擴(kuò)展，但降低了齒輪的接觸比例，可采取如下預(yù)防性措施：
1)在設(shè)備的安裝階段，清除齒輪副和齒輪罩上的雜質(zhì)；
2)若采用噴射潤滑或循環(huán)潤滑方式，需做好潤滑系統(tǒng)相關(guān)部件的清潔工作，避免雜質(zhì)混入。若采用油池潤滑方式，需仔細(xì)清理油池和帶油部件；
3) 改善潤滑系統(tǒng)和齒輪罩的密封條件，避免外部異物混入潤滑劑。
3. 過度磨損
過度磨損是指由于長期使用性能欠缺的潤滑劑，抗磨損性能差，摩擦系數(shù)過高，大的滑動(dòng)摩擦力使輪齒表面快速磨損，從而使齒輪副達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。
過度磨損的形貌特征：齒輪表面明顯粗糙，嚴(yán)重時(shí)齒廓失去漸開線形狀，通常過度磨損的齒輪伴隨著膠合、擦傷等損傷，但由于磨損較快，不易出現(xiàn)裂紋和點(diǎn)蝕。
圖3 齒輪過度磨損實(shí)例
齒輪的過度磨損和所用潤滑劑性能直接相關(guān)。要求潤滑劑具有適合工況推薦的工作粘度，含極壓添加劑、良好的抗磨性能、低的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，能夠有效降低齒輪的磨損速度，延長齒輪壽命。
二、擦傷
擦傷是由于齒輪表面承受過大的接觸壓力、潤滑劑極壓性能不足或齒面缺乏足夠的潤滑劑，導(dǎo)致潤滑油膜不能建立，齒輪處于干摩擦或邊界摩擦狀態(tài)，嚙合齒面直接接觸，造成齒輪材料的移除。
擦傷的形貌特征：在齒面上沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)溝槽，主要分布在滑動(dòng)速度較快的齒頂、齒根區(qū)域。按照損傷面積的大小，可分為輕微擦傷、中等擦傷、嚴(yán)重擦傷。
圖4 齒輪中等擦傷實(shí)例
圖5 齒輪嚴(yán)重擦傷實(shí)例
防止齒輪擦傷，除避免設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行，造成輪齒接觸壓力過大外。在潤滑方面需注意如下方面：
1)選用承載能力強(qiáng)、粘度高的潤滑劑，改善潤滑條件，提高油膜厚度。
2)保障足量的潤滑劑到達(dá)嚙合齒面，若采取噴射潤滑方式，需合理設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，避免噴射間隔時(shí)間過長、潤滑劑用量過低，在運(yùn)行中注意防止出現(xiàn)潤滑系統(tǒng)故障，若采取油池潤滑方式，需在日常檢查中注意液位的高低，尤其是當(dāng)齒輪中心線和油池液面具有一定斜度時(shí)，注意油位的的高度應(yīng)以高端為準(zhǔn)。
三、膠合
膠合是由于齒輪承受過大的接觸壓力或較高的齒面溫度，導(dǎo)致潤滑油膜不能建立，齒面上不平的峰谷在接觸時(shí)發(fā)生局部高壓熔焊，而后隨著齒面的相對運(yùn)動(dòng)，促使節(jié)點(diǎn)發(fā)生塑性變形和破裂，導(dǎo)致齒面材料的損失和遷移。由于高溫導(dǎo)致潤滑失效而形成的膠和稱為“熱膠和”，由于嚙合齒輪間接觸壓力超過潤滑油承載能力導(dǎo)致潤滑失效而形成的膠和稱為“冷膠合”。
膠合的形貌特征：相互嚙合齒面間齒面表層材料發(fā)生撕裂，形成連續(xù)的、一定面積、一定深度的凹坑，嚴(yán)重時(shí)可能覆蓋整個(gè)齒寬。膠合通常發(fā)生在相對滑動(dòng)速度較高的齒頂和齒根區(qū)域。
圖6 齒輪膠合實(shí)例
對于膠合損傷，一方面需要避免超負(fù)荷運(yùn)行，即便齒輪短時(shí)處于過載狀態(tài)，過大的接觸壓力也會(huì)在齒面上產(chǎn)生膠合。另外在潤滑方面必須選擇合適的潤滑劑，由于膠和現(xiàn)象必須在破壞潤滑油膜時(shí)才能發(fā)生，因此選用粘度高、粘附性能好、含極壓添加劑的齒輪潤滑劑能夠抑制膠合的產(chǎn)生。
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