农业机械齿轮的鉴定及常见损伤分析

张国成

摘 要：齿轮在农业机械中被广泛应用，齿轮发生损伤，就会影响传动装置的正常工作，甚至会引起重大事故。我们要掌握齿轮技术状态鉴定标准，知道齿轮损伤原因，以便做好预防工作，延长齿轮的使用寿命。

关键词：农业机械；齿轮；鉴定；常见损伤

中图分类号：TH132.41文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.12.051

齿轮传动具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长的特点，在农业机械中被广泛应用。如轮式拖拉机驱动桥主传动齿轮工作负荷相当繁重，其常见损伤形式是齿面磨损，齿面点蚀与剥落，齿面粘着磨损与轮齿折断等。如果齿轮发生损伤，就会影响传动装置的正常工作，甚至会引起重大事故。因此，有必要对齿轮损伤作以分析，以提醒用户注意使用方法。

1 齿轮技术状态鉴定

农业机械大修中，齿轮的检验一般多采用手摸感觉法和量具测量法。疲劳剥落、裂损、折断多采用目测法检查。 下面以轮式拖拉机驱动桥主传动齿轮为例，介绍齿轮的修理技术要求：①齿面磨损一般不得大于0.5 mm。②主、从动锥齿轮的疲劳剥落点面积不得大于一个齿的25%；轮齿损坏（不包括裂纹）不得超过齿长的1/5和齿高的1/3。在上述情况下，主动齿轮轮齿损伤不超过3个（相邻的不超过两个）；从动齿轮轮齿损伤不得超过4个（相邻的不超过3个）。如仅损坏一齿，要求可酌量放宽。③主、从动圆柱齿轮轮齿损伤（不包括裂纹）应不大于全齿长的1/6和齿高1/3。④行星齿轮和半轴齿轮轮齿工作面的损伤，应不大于全齿长的1/4和齿高的1/3，一个齿轮上数量不多于3个。行星齿轮球面和半轴齿轮端面如有擦伤，其深度不得超过0.25 mm，擦伤面宽不得超过工作面的1/3，否则应予修磨。⑤对于损伤不严重的斑点、毛刺、擦伤，应予修磨后使用。对于损伤超过规定的齿轮，一般应更换。

2 齿轮损伤原因分析

2.1 齿面磨损

磨损是齿轮损坏的主要形式。齿轮经过长期工作后，齿轮表面的磨损会逐渐增大，乃至齿轮的正常啮合印痕和啮合间隙被破坏。这样齿轮工作将进入事故损坏阶段，此时如不注意使用、检查和保养，就极易出现故障。齿轮牙齿表面有时磨损速度很快，短时期内啮合即遭破坏，引起这种磨损的原因主要是人为造成的。例如：润滑油添加不足或不及时更换变质的润滑油；润滑油中混入杂质；齿轮安装调整不当等。有时还由于齿轮制造材质不佳；加工处理不好；表面硬度、强度和粗糙度不够等原因造成的。

2.2 齿轮裂纹

齿轮裂纹是一种范围很广的缺陷或损伤，它包括：（1）淬火裂纹。由于淬火应力而产生的裂纹。分使用前就能看到的裂纹和使用后才出现裂纹两种。它容易产生在齿顶和齿端角。（2）磨削裂纹。因磨削加工的条件不当或因存在淬火应力而产生的裂纹。该种裂纹有时在齿轮使用后出现。（3）疲劳裂纹。在材料弯曲疲劳过程中出现的裂纹，从齿根圆角处的表面或者表面正下方扩展。当齿轮一端接触时，在齿的端部和圆角上，大体上成直角裂纹；当齿长方向采用鼓形齿或齿端修薄时，在圆角上沿齿向出现裂纹。

2.3 轮齿折断

齿轮轮齿发生折断现象的原因多种多样，主要可以分为疲劳折断、过载折断、剪切折断。

（1）疲劳折断。当轮齿根部危险截面处的交变应力超过齿轮材料的疲劳极限时，会发生轮齿疲劳折断现象。轮齿疲劳断裂也受一些因素的影响，如设计不当、装配不好、热处理变形使轮齿接触不好、齿根部位加工粗糙引起的应力集中（包括齿根部圆角半径太小也会引起应力集中）、钢材内部非金属夹杂和热处理质量（如心部硬度偏低）、使用中由于短时期的低速高载荷作用积累的结果等。

（2）过载折断。过载折断是短时过载或冲击载荷而产生的折断。它不像疲劳折断从裂纹缓慢地扩展至折断，其断面情况同静止弯曲破坏断面相似。过载可以有以下4种情况引起轮齿断裂：突然的冲击过载荷；由于轴承损坏引起的轮齿过载荷；由于轴的弯曲引起的过载荷；在两个配对齿轮间有大块异物引起的过载荷。

（ 3）剪切折断（轮齿剪断）。作用于轮齿上的剪切载荷过大，造成齿轮折断，并在破坏断面附近产生较大的塑性变形。它往往发生在有色金属齿轮、非金属齿轮及齿轮联轴器上。

2.4 齿面点蚀

点蚀是指表面或齿表面的交变应力超过材料的疲劳极限引起的损坏。根据损坏程度可分为初试点蚀、损坏性点蚀和剥落。严重时剥落可以连成一片。当齿面的循环接触应力超过材料的接触疲劳极限时，在齿面或离齿面一定深度处产生微细裂纹，裂纹逐渐扩展，微小金属片从齿面剥落形成凹坑，造成点蚀。

（1）非扩展性点蚀。齿面经跑合后接触面积增大使载荷分布趋于均匀，应力降到疲劳极限以下，点蚀就停止发展，这种点蚀的凹坑一般很小，齿轮仍可正常工作。

（2）扩展性点蚀。此种点蚀通常在节线的齿根部分出现。初始点蚀后虽经齿面跑合，但齿面应力仍超过材料的疲劳极限，点蚀凹坑的数量和大小不断扩大，即成为扩展性点蚀。它使齿面磨损加剧，齿形变坏，振动和噪声明显增多，严重时，从点蚀凹坑开始开裂而引起断齿。硬齿面齿轮通常出现扩展性点蚀。扩展性点蚀是齿轮表面硬度偏低（如表面碳含量偏低、脱碳及表面氧化等造成的表面硬度偏低）引起的。