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[摘 要]本文分析了煤矿机械齿轮失效的主要形式表现，传动齿轮失效的主要原因，以便在使用过程中規避之。
[关键词]煤矿机械；齿轮传动；齿轮失效原因
中图分类号：TH132.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0106-01
引言
煤矿多为井工开采，所用的机械种类也比较繁多，其中齿轮传动机械更是居多。然而在机械的传动过程中，齿轮传动使用范围又比较广泛，它可以用来传递任意两根轴之间的运动和动力，但是齿轮的失效速度也比较快的。齿轮的失效，最后会导致设备的功能不能够充分发挥，并严重影响到机械自身和煤矿的安全高效运行。由于这些机械设备长期处于恶劣的环境下运行，其具有鲜明的特点：一是工作环境极其恶劣，时刻受到粉尘、水汽、有害气体等的危害和侵蚀；二是使用条件也比较苛刻，长期处在负载大、振动强、摩擦厉害、介质腐蚀严重的高速环境下运行；三是超长时间运行，许多机器往往都是不分昼夜的连续性运行；四是维护时间太短。因为环境恶劣，工况要求高，停机时间也比较短，如此直接导致机械零部件得不到良好的润滑与维护，从而加速了老化。因此，针对煤矿传动机械设备的齿轮传动的失效特性进行分析，了解其加速失效的原因，进而尽量规避之，这也能大大延长设备的使用寿命，并提高运行的安全性与稳定性。
1 煤矿机械齿轮失效的主要形式表现
对于煤矿机械而言，随着矿井现代化水平与生产规模的不断提高，所使用的机械设备功率也在不断地增大，且使用时间和频率都在加大。为提高煤矿机械运行的可靠性和使用寿命，加工制造时对传动齿轮也必然要提出更高的要求。作为使用单位，分析了解煤矿机械齿轮失效的形式，方能以更好的应对。
1）机械磨损。而在煤矿机械设备的磨损之中，就形式来说还是比较多的，相对而言，主要有以下几种表现形式：正常磨损、中度磨损、破坏性磨损、磨料性磨损（擦伤）、干涉磨损、腐蚀性磨损、啮合磨损、疲劳磨损（点蚀）、烧伤等形式。但是，在煤矿机械设备中经常能够遇到的磨损，主要有如下几种：一是正常磨损。这种磨损是由于齿面上的金属相互之间以一定的速率缓慢的损耗。其磨损是在齿轮的设计寿命之内的，但不影响设备的正常使用，其磨损量也不允许超过维修标准。二是破坏性磨损。它就是齿面的损伤、齿廓的变化达到了非常严重的程度，使得运转的平稳性受到了较严重的破坏，导致齿轮的寿命显著降低。三是干涉磨损。因在设备的使用初期，对齿轮的安装不当，当轮齿不合理的或提前接触时，它的大部分应力都集中在了主齿轮上，随着设备的运行，这就对齿轮的破坏变得由轻到重了，严重时主动轮齿齿根会被掘起，而相配齿轮的齿顶会严重地卷起，以致引起齿轮副的完全破坏程度。
2）表面疲劳现象。鉴于轮齿表面或表面下存在着裂纹生核，它的基本特征就是金属的移动和形成凹坑，并可使得凹坑合并或尺寸的增大。主要表现形式：一是齿面点蚀。由于轮齿在工作时，齿轮之间的接触则为高副接触，轮齿表面会受到很大的接触应力。当出现齿面接触应力比允许应力大时，同时齿面表层又处在多级载荷作用之下，这就使得齿面很容易出现了裂纹。而这些裂纹通常只开始于轮齿节线附近（见图1所示），因接触应力对齿面继续发生得作用，其麻点形成的应力也在增高，这样轮齿表面逐渐会出现表层金属的片状剥落，最终引起了齿廓的破坏之。二是疲劳剥损。对于煤矿传动机械设备而言，疲劳剥损也是一种潜在的疲劳破坏，它的基本特征就是沿齿顶或项棱从齿面上脱落下的颗粒或屑片较大。该现象常见于硬齿面或表面淬火的齿轮，其起源于齿面下的缺陷，或由于热处理造成过高的内应力所影响的。
3）啮合损毁。正常运行的机械，由于超负荷或使用润滑油的不当，也会因啮合区温度升高，在重载作用下轮齿接触面的油膜被挤破，使得两轮齿的金属面直接接触并熔焊了在一起，以致引起软齿部分接触面沿滑动方向被撕下，从而出现起沟的现象发生。
2 传动齿轮失效的主要原因
煤矿机械设备多在井下高负荷长期运行，其出现的事故率也高居不下，一直也困扰着煤矿的生产安全，并严重阻碍了煤矿的快速发展。因齿轮运转承载后，产生了很大的接触应力，同时又在齿轮啮合时产生很大的弯曲应力，由于曲率半径及根部形状因素等影响，这使得该处出现了应力集中的现象。与此同时，还会引起齿面的剪应力增大，鉴于齿面的相对滑动，这又使滑动前方受压后方受拉。除了润滑不良、三体（磨粒）磨损、化学腐蚀之外，若轮齿承受的交变应力超过了材料的疲劳极限或强度极限应力，那么将会使得齿轮出现这些失效形式。究其原因，它主要表现在以下几个方面之中。
1）设计上存在的缺陷。由于煤矿机械设备在使用过程中，其设备的实际工况与使用情况，并与齿轮的设计参数、技术要求结合都不够紧密。就其不够强问题，主要是缺乏专项科研实验的结果。对于一些标准、规范和测试方法、计算方法也不统一，又不先进，这也是原因之一。然而，有些齿轮的材质设计选择不恰当，其材料性能不好，也是另一个原因所在。根据分析与使用经验，对齿轮断齿、点蚀和剥落的影响因素分析，将其列于表1，这可供齿轮优化设计时综合参考。
2）加工制造上的缺陷。在齿轮的加工制造方面，也存在一定的缺陷。比如齿轮制造质量达不到标准和技术要求，甚至产品质量低劣；热处理质量不过关，淬火处理齿面硬度不均，产生淬火裂纹，积存较大内应力；加工精度不高，对中、大模数齿轮加工常出现齿圈的径向跳动和齿形超差，加上齿面粗糙度又不合格等，这都影响着齿轮的接触精度，最终会直接影响齿轮的承载能力和寿命问题。
3）安装使用不当的影响。在煤矿机械设备安装使用的过程中，也普遍存在一些问题。譬如安装技术规范不健全，仅凭经验安装施工，加上测量仪器的不完备性，往往都达不到齿轮安装技术要求和质量标准。甚至还有的出现违章操作现象，这样一来更容易使得机械设备始终处于超负荷运转状态，从而极大的损害了齿轮的使用寿命，加速了设备的老化与损毁。
结束语
根据分析，煤矿机械设备事故率高居不下的原因不仅是环境影响问题，这也与机械设备的安装、使用和维护有关，进一步说与齿轮的失效也直接相关，因此需要亟待解决之。传动齿轮作为机械设备中是必不可少的一部分，其设计水平、制造质量和使用管理水平都直接关系着煤矿机械设备的可靠性和安全性，以及其使用寿命。所以，针对煤矿机械中各种齿轮的失效形式及原因的分析，要了解其特性，尽量规避之，如此方能使煤矿机械设备的功能发挥到极致，同时也可对设备本身存在的一些缺点做以修补，这样更能大幅度提高机械设备的使用寿命，并保障其运转的安全高效性。
参考文献
[1]张潇云，等.煤矿机械传动齿轮失效形式分析[J]润滑与密封，2003（6）.
[2]居海军.对煤矿机械中传动齿轮失效成因及修复方法的研究[J]军民两用与技术产品，2015（20）：75-77.
[关键词]煤矿机械；齿轮传动；齿轮失效原因
中图分类号：TH132.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0106-01
引言
煤矿多为井工开采，所用的机械种类也比较繁多，其中齿轮传动机械更是居多。然而在机械的传动过程中，齿轮传动使用范围又比较广泛，它可以用来传递任意两根轴之间的运动和动力，但是齿轮的失效速度也比较快的。齿轮的失效，最后会导致设备的功能不能够充分发挥，并严重影响到机械自身和煤矿的安全高效运行。由于这些机械设备长期处于恶劣的环境下运行，其具有鲜明的特点：一是工作环境极其恶劣，时刻受到粉尘、水汽、有害气体等的危害和侵蚀；二是使用条件也比较苛刻，长期处在负载大、振动强、摩擦厉害、介质腐蚀严重的高速环境下运行；三是超长时间运行，许多机器往往都是不分昼夜的连续性运行；四是维护时间太短。因为环境恶劣，工况要求高，停机时间也比较短，如此直接导致机械零部件得不到良好的润滑与维护，从而加速了老化。因此，针对煤矿传动机械设备的齿轮传动的失效特性进行分析，了解其加速失效的原因，进而尽量规避之，这也能大大延长设备的使用寿命，并提高运行的安全性与稳定性。
1 煤矿机械齿轮失效的主要形式表现
对于煤矿机械而言，随着矿井现代化水平与生产规模的不断提高，所使用的机械设备功率也在不断地增大，且使用时间和频率都在加大。为提高煤矿机械运行的可靠性和使用寿命，加工制造时对传动齿轮也必然要提出更高的要求。作为使用单位，分析了解煤矿机械齿轮失效的形式，方能以更好的应对。
1）机械磨损。而在煤矿机械设备的磨损之中，就形式来说还是比较多的，相对而言，主要有以下几种表现形式：正常磨损、中度磨损、破坏性磨损、磨料性磨损（擦伤）、干涉磨损、腐蚀性磨损、啮合磨损、疲劳磨损（点蚀）、烧伤等形式。但是，在煤矿机械设备中经常能够遇到的磨损，主要有如下几种：一是正常磨损。这种磨损是由于齿面上的金属相互之间以一定的速率缓慢的损耗。其磨损是在齿轮的设计寿命之内的，但不影响设备的正常使用，其磨损量也不允许超过维修标准。二是破坏性磨损。它就是齿面的损伤、齿廓的变化达到了非常严重的程度，使得运转的平稳性受到了较严重的破坏，导致齿轮的寿命显著降低。三是干涉磨损。因在设备的使用初期，对齿轮的安装不当，当轮齿不合理的或提前接触时，它的大部分应力都集中在了主齿轮上，随着设备的运行，这就对齿轮的破坏变得由轻到重了，严重时主动轮齿齿根会被掘起，而相配齿轮的齿顶会严重地卷起，以致引起齿轮副的完全破坏程度。
2）表面疲劳现象。鉴于轮齿表面或表面下存在着裂纹生核，它的基本特征就是金属的移动和形成凹坑，并可使得凹坑合并或尺寸的增大。主要表现形式：一是齿面点蚀。由于轮齿在工作时，齿轮之间的接触则为高副接触，轮齿表面会受到很大的接触应力。当出现齿面接触应力比允许应力大时，同时齿面表层又处在多级载荷作用之下，这就使得齿面很容易出现了裂纹。而这些裂纹通常只开始于轮齿节线附近（见图1所示），因接触应力对齿面继续发生得作用，其麻点形成的应力也在增高，这样轮齿表面逐渐会出现表层金属的片状剥落，最终引起了齿廓的破坏之。二是疲劳剥损。对于煤矿传动机械设备而言，疲劳剥损也是一种潜在的疲劳破坏，它的基本特征就是沿齿顶或项棱从齿面上脱落下的颗粒或屑片较大。该现象常见于硬齿面或表面淬火的齿轮，其起源于齿面下的缺陷，或由于热处理造成过高的内应力所影响的。
3）啮合损毁。正常运行的机械，由于超负荷或使用润滑油的不当，也会因啮合区温度升高，在重载作用下轮齿接触面的油膜被挤破，使得两轮齿的金属面直接接触并熔焊了在一起，以致引起软齿部分接触面沿滑动方向被撕下，从而出现起沟的现象发生。
2 传动齿轮失效的主要原因
煤矿机械设备多在井下高负荷长期运行，其出现的事故率也高居不下，一直也困扰着煤矿的生产安全，并严重阻碍了煤矿的快速发展。因齿轮运转承载后，产生了很大的接触应力，同时又在齿轮啮合时产生很大的弯曲应力，由于曲率半径及根部形状因素等影响，这使得该处出现了应力集中的现象。与此同时，还会引起齿面的剪应力增大，鉴于齿面的相对滑动，这又使滑动前方受压后方受拉。除了润滑不良、三体（磨粒）磨损、化学腐蚀之外，若轮齿承受的交变应力超过了材料的疲劳极限或强度极限应力，那么将会使得齿轮出现这些失效形式。究其原因，它主要表现在以下几个方面之中。
1）设计上存在的缺陷。由于煤矿机械设备在使用过程中，其设备的实际工况与使用情况，并与齿轮的设计参数、技术要求结合都不够紧密。就其不够强问题，主要是缺乏专项科研实验的结果。对于一些标准、规范和测试方法、计算方法也不统一，又不先进，这也是原因之一。然而，有些齿轮的材质设计选择不恰当，其材料性能不好，也是另一个原因所在。根据分析与使用经验，对齿轮断齿、点蚀和剥落的影响因素分析，将其列于表1，这可供齿轮优化设计时综合参考。
2）加工制造上的缺陷。在齿轮的加工制造方面，也存在一定的缺陷。比如齿轮制造质量达不到标准和技术要求，甚至产品质量低劣；热处理质量不过关，淬火处理齿面硬度不均，产生淬火裂纹，积存较大内应力；加工精度不高，对中、大模数齿轮加工常出现齿圈的径向跳动和齿形超差，加上齿面粗糙度又不合格等，这都影响着齿轮的接触精度，最终会直接影响齿轮的承载能力和寿命问题。
3）安装使用不当的影响。在煤矿机械设备安装使用的过程中，也普遍存在一些问题。譬如安装技术规范不健全，仅凭经验安装施工，加上测量仪器的不完备性，往往都达不到齿轮安装技术要求和质量标准。甚至还有的出现违章操作现象，这样一来更容易使得机械设备始终处于超负荷运转状态，从而极大的损害了齿轮的使用寿命，加速了设备的老化与损毁。
结束语
根据分析，煤矿机械设备事故率高居不下的原因不仅是环境影响问题，这也与机械设备的安装、使用和维护有关，进一步说与齿轮的失效也直接相关，因此需要亟待解决之。传动齿轮作为机械设备中是必不可少的一部分，其设计水平、制造质量和使用管理水平都直接关系着煤矿机械设备的可靠性和安全性，以及其使用寿命。所以，针对煤矿机械中各种齿轮的失效形式及原因的分析，要了解其特性，尽量规避之，如此方能使煤矿机械设备的功能发挥到极致，同时也可对设备本身存在的一些缺点做以修补，这样更能大幅度提高机械设备的使用寿命，并保障其运转的安全高效性。
参考文献
[1]张潇云，等.煤矿机械传动齿轮失效形式分析[J]润滑与密封，2003（6）.
[2]居海军.对煤矿机械中传动齿轮失效成因及修复方法的研究[J]军民两用与技术产品，2015（20）：75-77.