齿面胶合及防止措施

齿轮的齿面胶合及防止措施　天津第四机床厂李佩恒　齿轮齿面胶合是闭式齿轮传动中，齿轮　齿面失效的一种主要形式，它多发生在高　逮，重载齿轮的润滑不良，或是高压、低速　不能形成油膜的情况下。　在高速、重载齿轮传动装置的齿轮设计　时，解决齿轮齿面胶合失效的问题一直是一　个重要课题。相互啮合的高速、重载齿轮　副，主动轮和被动轮在其啮合齿面之间发生　相对滑动的情况下，由于相对滑动的强烈作　用，以及随之产生的过多的摩擦热，造成齿　轮齿面工作区的温度很高，如果润滑条件不　好，特别是润滑油的质量（包括润滑油的化　学成份，粘度、温度，抗胶合剂以及杂质　等）差，那么就会由于齿轮的轮齿受热膨胀的　原因，而使得相互啮台的轮齿面之间间隙缩　●　小，隔开两齿面的油膜很容易破裂。情况严　Ｉ　重时，相啮台的轮齿齿面之间的间隙会消　失，进而发生啮台齿面之问的直接接触，从　而破坏了相互啮合齿间的润滑油膜。金属齿　轮轮齿间的相对滑动，过大的摩擦热和接触　应力而形成的高温高压区，分子的受热运动　和分子之间的“亲合力”，促使金属齿面内　部结构发生新的变化。在齿轮齿面上由于分　子热运动，受热后的分子能量加大，分子间　的吸引力相对减小，从而使金属结　发　。松　驰，当异体齿面从它上面滑动挤压时．由于齿　面金属层受到很大挤压力，使金属表面产生　撕裂，出现伤痕。而作相对滑动的两轮齿表　面，由于受热膨胀，无论是高速或是重载，在　相互啮合的两齿轮的啮合齿面同都将产生很　大的挤压力，在啮合齿面的节线附近形成高　温高压区。受挤压的金属齿面又因为分子之　间彼此有一种　亲台力　的作用，促使它们在　受到挤压时，在高压作用下，不同体的金属　齿面相挤压最为厉害的部分紧紧地粘合在一　起，构成新的金属层。一般情况下，较软齿　面易被对方挤破，即被较硬齿面一块块地撕　下，形成很粗糙的表面，而较硬齿面由于牯合　了新的金属层，同样也形成了粗糙表面。这　样一来，在相啮合的两齿面的相对滑动下，　在节线附近的齿面上形成垂直于齿轮节线的　划痕——胶合线如图所示。这种齿面失效形　式就是一般我们所说的“齿面胶台　。　齿面胶合，在一般情况下，是表示金属　齿轮材料的热传导率及其加工精度以及齿轮　润滑油在质量上和数量方面极不能适应齿轮　装置的滑动速度和接触压力（赫兹直力）的　种表现。　高速传动中的齿轮装置，设计时应考虑齿　轮的轮齿要具有足够的弯曲强度，齿面耐久　性及抗胶合性。弯曲强度表示一个齿在无永　久变形或断裂情况下所能承受的最大载荷。　齿面耐久性是由齿轮材料在无疲劳或表面点　蚀情况下所能承受的最大压应力而决定的。　断裂及点蚀是与时间有关系的齿轮疲劳失效　的典型形式。相反，齿面胶合是与时间无关　系的。在齿轮传动装置中，齿面胶合可能很　早就突然出现，因此，胶合成为齿轮传动装置　功率容易受限制的因素。为防止齿面胶合，　的话，一般情况可以采取一些补救措施，加　以消除。但必须强调指出，重度胶合是不允　许的，从根本上讲，一旦出现这种情况，它　本身就已绎失掉了跑台作用的意义，它不但　没有使齿面强化，反而损坏了齿面。　设计齿轮时，首先应考虑齿轮材料，要选择　高硬度的钢材，有利于高速或重载齿轮传ｚ　中的齿面抗胶合。但是必须注意到，只是硬　的钢不能防止胶合。同时还要考虑其它方面　的条件，比如，齿轮必须设计得具有适当的　润滑油的质量和数量，对齿面胶合也有　彳匪重要的影响。首先应明确最小油膜厚度的　概念，当油膜厚度不小于总的表面粗糙度数　值时，不会发生明显的磨损、胶合或擦伤。　若油膜进一步减薄，并有明显的粗糙接　触，这时齿轮装置是以界面润滑情况运行　运行几何条件，齿面必须具有良好的表面质　量。对于同一种材料，好一点的齿面质量可　以相应地减少齿面作相对滑动时所产生的摩　撼热，因此可以避免胶合。假如轮齿表面具　有粗糙的表面时，不但由于齿面粗糙会产生　很大的摩擦热，而且还因为当齿面粗糙度数　值太到足以越过油膜厚度时，使金属与金属　直接接触，就会使滑滑油起不到散热作用，　使齿面产生胶合。在一般的齿轮加工中，常　常采用铣齿、剃齿、磨齿、珩齿和研齿，在　齿轮的精加工中，珩齿可以降低表面粗糙　度数值及搬运中磕碰划伤，降低噪声，从　而可以代替效率低的研齿。珩齿精度主要　依赖它的前序加工精度，如果在它的前序　有剃齿及热处理，那么刺齿精度以及热处理　变形的大小，是影响珩齿精度的决定因素。　为提高啮合齿轮的齿面质量，除了选择材　料，提高齿面质量采取一系列的措施以外，　有时在制齿过程中往往增加一个齿轮跑台过　程，色对提高齿轮精度有良好的作用。在齿　轮跑合过程中，齿面逐渐被冷作硬化，硬度　平均提高ｌ４～１　８　，其粗糙度则改善１～２　级，使弹——塑性变形最后成为纯弹性交　形，跑合过程列提高齿轮的精度及其使用寿　命有良好的作用，使齿面得到强化。但是必　须说明，在齿轮跑合过程中，相互啮合的齿　面之间实际上是处于边界润滑摩擦状态，这　是齿面抗胶合能力最差的时期，因此，在齿　轮跑合时还会有可能发生齿面轻度胶合。一　旦出现轻度胶合这种情况时，若不是很明显　的。若在这种状态下运行时，齿轮齿面易于　发生胶合　如果没有润滑油，而且是连续负　荷运转的话，齿面将会发生胶合。还有，润　滑油牯度还随温度、压力的变化而发生变　化，不同特性将会影响节线处的油膜厚度。　切能提高有效牯度和啮合齿轮间油膜厚度　的措施都应能提高承载能力。降低油温和提　高圆周速度都使节线油膜厚度增加，若载荷　提高，油膜厚度减薄，则相当于油温增高同　时使油的粘度下降的效果。当提高油温时，提　高速度使发生胶合的载荷提高。以上情况是　指在理想化的纯净的滑滑油中。若油中含有　杂质，其危害甚大：澜滑油中含有的杂质它　能破坏油膜，阻碍油楔的形成，使齿轮的摩　擦表面之间出现固体接触，使润滑失效。当　杂质一旦进入轮齿啮合表面间，它将损伤配　合表面，增大齿ｌ“ｉ粗糙度并降低配合质　量。齿的啮合面损伤后，它将不断发展，使　齿面发生胶合。如果润滑油中杂质过多，它　将使过滤装置或输送管道油流不畅，甚至发　生堵塞，造成润滑与冷却系统的供油不足和　中断，使啮合齿面急剧温升过热，烧伤，甚　至咬死。而且润滑油在高温状态因油质劣化　析出的氧化物，或是添加剂经热分解重新聚　合，使油液老化而集渣。这样一来，使润滑　油中杂质不断增多，使油液粘度增高，或腐　蚀金属表面，使油质劣化，形成恶性循环。　加剧了齿轮齿面的胶合。