齒輪是工程機(jī)械中最為重要的組成部件，若齒輪出現(xiàn)失效的情況，將會對整個工程機(jī)械設(shè)備造成嚴(yán)重影響。因此，有必要對工程機(jī)械車橋齒輪進(jìn)行工藝優(yōu)化，降低車橋齒輪失效的幾率，滿足客戶實(shí)際需求。鑒于此，本文簡要概述了工程機(jī)械車橋齒輪的特征，分析了工程機(jī)械車橋齒輪失效的原因，并對工程機(jī)械車橋齒輪工藝優(yōu)化措施進(jìn)行了深入研究。

　　01 引言

　　工程機(jī)械設(shè)備中，齒輪失效的情況十分常見，且對機(jī)械設(shè)備的影響很大。齒輪在轉(zhuǎn)動中會受到各種因素的影響，從而出現(xiàn)失效的情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)齒輪失效時，要及時對失效原因進(jìn)行排查以及更換齒輪，避免對機(jī)械設(shè)備整體運(yùn)行造成更嚴(yán)重的影響。同時，相關(guān)技術(shù)人員需要詳細(xì)分析齒輪在運(yùn)行中可能會出現(xiàn)失效情況的影響因素，積累齒輪使用經(jīng)驗(yàn)，有效降低齒輪出現(xiàn)失效現(xiàn)象的幾率，并做好相應(yīng)的防范措施。

　　02 工程機(jī)械車橋齒輪的特征

　　車橋齒輪主要應(yīng)用于工程機(jī)械底盤之中，具有轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性強(qiáng)、轉(zhuǎn)動效率高等優(yōu)點(diǎn)，受工程機(jī)械領(lǐng)域的廣泛使用，車橋齒輪的制造水平以及設(shè)計(jì)工藝會對工程機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量造成直接影響。穩(wěn)定性是機(jī)械齒輪轉(zhuǎn)動的必要條件，若想確保工程機(jī)械設(shè)備可以正常運(yùn)行，需要確保其具有一定的可靠性。就轉(zhuǎn)動效率來看，通常情況下，機(jī)械齒輪的轉(zhuǎn)動效率是整個機(jī)械轉(zhuǎn)動的首位，其工作效率可達(dá)到九十九個百分點(diǎn)以上。但是，機(jī)械車橋齒輪存在普遍的失效現(xiàn)象，還需要對其進(jìn)行不斷的優(yōu)化。

　　03 車橋齒輪失效分析

　　通常情況下，車橋齒輪出現(xiàn)故障都是在多齒部分，其他部分出現(xiàn)故障的情況相對較少。齒輪出現(xiàn)失效的原因主要包括齒面膠合、齒面出現(xiàn)塑性形變、齒面磨損以及齒輪折斷等，在進(jìn)行車橋齒輪失效分析時，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷，并及時給予維修或更換。

　　車橋齒輪折斷： 機(jī)械設(shè)備在轉(zhuǎn)動時，出現(xiàn)齒輪折斷導(dǎo)致齒輪失效的情況是最為常見的，但這種情況也是極度危險的，是造成齒輪失效發(fā)生的根本原因，螺旋傘齒輪發(fā)生折斷的情況如下圖 1 所示。機(jī)械車橋齒輪折斷的主要原因有兩個方面：

　?、龠^載折斷。車橋齒輪在短時間內(nèi)所承受的沖擊過大，或者由于齒輪輪齒出現(xiàn)了變薄的情況，都會導(dǎo)致齒輪所承受的應(yīng)力達(dá)到極限，從而使齒輪發(fā)生斷裂;

　?、谄谡蹟?。由于齒輪涉及到循環(huán)載荷，其根部所承受的壓力最大，在遭受長時間的疲勞載荷時，會在車橋齒輪根部與過度的圓角部位發(fā)生裂紋，當(dāng)載荷不斷擴(kuò)大時，會使裂紋逐漸變大，最后造成車橋齒輪折斷的現(xiàn)象。

　　圖 1 車橋齒輪斷裂情況

　　車橋齒輪齒面磨損：齒輪出現(xiàn)磨損情況，主要是因?yàn)辇X輪在正常運(yùn)行中，齒輪表面發(fā)生摩擦而出現(xiàn)的損耗，齒輪發(fā)生磨損的具體情況如圖 2 所示。通常情況下，這種損耗會導(dǎo)致齒輪出現(xiàn)輪齒變薄的情況，嚴(yán)重了還會發(fā)生齒輪斷裂，另外，也會對漸開線齒輪齒部形狀造成一定的破壞，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)震動并產(chǎn)生一定的噪音。車橋齒輪出現(xiàn)磨損的情況，大多數(shù)原因是所處的環(huán)境條件相對較差，可能是泥淖倒車或者行駛路面存在大量砂礫等情況，從而使車橋齒輪輪面與之相互作用產(chǎn)生了損耗。

　　圖 2 車橋齒輪磨損情況

　　車橋齒輪齒面膠合： 齒輪發(fā)生齒面膠合的現(xiàn)象，主要發(fā)生在長期、重載以及高速轉(zhuǎn)動的車橋齒輪中。齒輪在進(jìn)行正常工作時，由于受機(jī)械摩擦力的影響，會使齒輪逐漸升溫，使齒輪之間的潤滑油膜加倍破壞，齒輪齒面直接接觸與之相連的金屬，導(dǎo)致齒面發(fā)生黏連的現(xiàn)象，并在齒輪正常轉(zhuǎn)動時使較軟地方的齒面金屬連帶被撕下來，從而導(dǎo)致齒輪表面出現(xiàn)節(jié)瘤、溝槽以及劃痕等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象 也就被稱為齒面膠合。當(dāng)車橋齒輪出現(xiàn)膠合現(xiàn)象后，就會使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)不平穩(wěn)的情況，并加速車橋齒輪的磨損，嚴(yán)重還會導(dǎo)致齒輪迅速斷裂以及失效。

　　車橋齒輪齒面點(diǎn)蝕：齒面點(diǎn)蝕其實(shí)是一種接觸性疲勞損壞，在齒輪進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)動時，各個接觸點(diǎn)的接觸應(yīng)力呈現(xiàn)脈動循環(huán)現(xiàn)象，經(jīng)過長時間運(yùn)轉(zhuǎn)就會使接觸面上的金屬出現(xiàn)疲勞裂痕，嚴(yán)重的裂痕情況會造成金屬脫落，從而形成齒面點(diǎn)蝕。車橋齒輪出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕之后，其在運(yùn)行中所承載的面積就會縮小，從而產(chǎn)生沖擊與噪音，情況嚴(yán)重可能會出現(xiàn)齒輪折斷的情況，在對車橋齒輪進(jìn)行檢查時，若發(fā)展齒面點(diǎn)蝕已經(jīng)達(dá)到了齒高、齒寬的六成以上，就需要及時更換，以確保工程機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，有效降低出現(xiàn)事故的概率。

　　車橋齒輪齒面塑性變形：通常情況下，車橋齒輪塑性變形多發(fā)生在低速、重載的車橋齒輪轉(zhuǎn)動中，塑性形變出現(xiàn)在硬度低的齒輪上。車橋齒輪在正常工作中，當(dāng)齒輪表面應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過齒輪的屈服極限時，齒輪表面材料就會受摩擦力的影響，從而產(chǎn)生塑性流動，這種現(xiàn)象也就是齒面塑性變形。當(dāng)發(fā)生這種情況后，主動齒輪的節(jié)線處會出現(xiàn)凹槽，導(dǎo)致從動輪產(chǎn)生凸脊，對工程機(jī)械中車橋齒輪的正常運(yùn)行十分不利。

　　04 工程機(jī)械車橋齒輪工藝優(yōu)化措施

　　車橋齒輪的制造水平以及設(shè)計(jì)工藝會對工程機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量造成直接影響，因此，對齒輪工藝進(jìn)行優(yōu)化是十分必要的。在工程機(jī)械生產(chǎn)中，為了有效降低設(shè)備故障幾率，避免齒輪出現(xiàn)失效的情況，需要采取相應(yīng)的預(yù)防措施以及維護(hù)措施，保證齒輪的精準(zhǔn)度以及齒輪材料的合理選擇。

　　減少齒輪折斷的措施：車橋齒輪出現(xiàn)折斷現(xiàn)象，會產(chǎn)生極度危險的后果。因此，需要對齒輪出現(xiàn)折斷現(xiàn)象進(jìn)行有效預(yù)防，在對車橋齒輪設(shè)計(jì)時，需要準(zhǔn)確計(jì)算齒輪的彎曲疲憊度，可以采取以下措施：

　　第一，在對車橋齒輪安裝時，需要確保安裝的精準(zhǔn)度，避免出現(xiàn)偏載的情況，進(jìn)而造成齒輪失效;

　　第二，在車橋齒輪的齒根位置，利用輥壓以及噴丸等方法，對其表面進(jìn)行一定的硬化處理，還可以將表層向齒芯過渡區(qū)域的抗剪強(qiáng)度提升;

　　第三，將齒根處的過度圓角擴(kuò)大，并不斷提升齒輪齒面的加工精度，從而降低齒輪輪 面的粗糙程度;

　　第四，利用熱處理技術(shù)，確保車橋齒輪輪面具有一定的硬度、齒芯具有韌性，對齒輪進(jìn)行表面硬化以及熱處理，可以將齒輪的整體性能大幅度提升，有效避免齒輪失效。

　　最后，明確車橋齒輪在惡劣環(huán)境中的使用規(guī)范，避免出現(xiàn)誤用的情況，并以書面形式告知使用者，對工程機(jī)械的使用工況給予警示，有效預(yù)防由于用戶不了解使用情況，而人為造成機(jī)械某些重要部件出現(xiàn)異常失效的情況。

　　提升齒輪硬度，定期磨損檢查 ：車橋齒輪出現(xiàn)磨損情況的主要原因，就是齒輪在長時間的運(yùn)行過程中，會受摩擦力的影響，使齒輪齒面出現(xiàn)損耗。因此，若想有效降低車橋齒輪出現(xiàn)磨損情況，就需要將齒輪輪面的強(qiáng)度不斷提升，對齒輪進(jìn)行定期的檢查，并進(jìn)行滲氮以及滲碳等熱處理，對齒根、齒面等關(guān)鍵部分使用噴丸強(qiáng)化，不僅可以增強(qiáng)芯部過渡區(qū)域的強(qiáng)度，還可以將車橋齒輪的表面接觸強(qiáng)度提升。通常情況下，對齒輪的檢查標(biāo)準(zhǔn)是，重要位置齒輪磨損齒面磨損要在齒面厚度的一層以內(nèi)，對于一般的部位而言，需要確保磨損程度控制在二成至三成之間，若超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就需要進(jìn)行及時的維修以及更換。

　　降低齒面出現(xiàn)膠合的措施：齒輪齒面膠合是齒面接觸時齒面溫度上升造成潤滑油膜被破壞，從而進(jìn)一步導(dǎo)致齒輪表面出現(xiàn)溝槽等現(xiàn)象，所以，有效減少或預(yù)防車橋齒輪出現(xiàn)膠合的情況，需要采用一些吸附性能相對較強(qiáng)的潤滑油，有效提升油膜的穩(wěn)定性以及強(qiáng)度，確保油膜在長期高溫的情況下，仍能保持較高的強(qiáng)度，將自身潤滑效果以及隔離效果充分發(fā)揮出來，從而降低齒面膠合現(xiàn)象。另外，車橋齒輪材料的科學(xué)、合理選擇，可以降低齒輪出現(xiàn)膠合的情況。在選擇時不僅要充分考慮齒輪的韌性、工藝性能以及強(qiáng)度，還要結(jié)合實(shí)際情況對材料的經(jīng)濟(jì)成本以及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行考慮。

　　防止齒面點(diǎn)蝕的措施：在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，需要準(zhǔn)確計(jì)算車橋齒輪齒面的疲勞強(qiáng)度，確保將齒面的接觸應(yīng)力控制在允許值的范圍內(nèi)。另外，可以將齒輪表面光滑程度進(jìn)行提升、用粘連性相對較高的潤滑油、利用正變轉(zhuǎn)動、提升車橋齒面的硬度以及將散熱條件進(jìn)行完善等，從而降低齒輪表面的粗糙度、避免油膜被破壞，進(jìn)而防止車橋齒輪輪面點(diǎn)蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)。潤滑油的科學(xué)、合理使用是至關(guān)重要的，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在以往的齒輪失效實(shí)例中，不正確使用潤滑油而造成的機(jī)械事故占整體機(jī)械是事故的五分之一以上，潤滑油使用不足引起的機(jī)械事故占三分之一， 由此可見，在機(jī)械事故中，有一半以上的事故都是由于潤滑油的不合理使用造成的，所以，車橋齒輪中選擇性能較好的潤滑油，對降低車橋齒輪失效具有重要意義。

　　05 結(jié)束語

　　綜上所述，齒輪是工程機(jī)械中，最為重要的組成部件，齒輪失效的情況十分常見。車橋齒輪在正常時會受到齒面膠合、齒面塑料出現(xiàn)形變、齒面磨損以及齒輪折斷等因素影響，從而出現(xiàn)失效的情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)齒輪失效時，要及時對失效原因的排查，明確車橋齒輪在惡劣環(huán)境中的使用規(guī)范，避免出現(xiàn)誤用的情況，同時需要調(diào)整齒輪的滲碳工藝， 減少人為因素，選擇性能好的潤滑油、適當(dāng)降低介質(zhì)溫度，從而降低車橋齒輪失效的情況出現(xiàn)。