齿 轮 断 齿 分 析

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1 风电齿轮箱的故障分析和维护

风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、控制系统、发电机、塔架等组成。其中增速齿轮箱作为其传动系统起到动力传输的作用，使叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到发电机的额定转速，以供发电机能正常发电。因此增速齿轮箱设计及制造相当关键。同时风力发电机组增速齿轮箱由于其使用条件的限制，要求体积小，重量轻，性能优良，运行可靠，故障率低。

随着风电行业的发展，更多更大功率的机组投入商业化运营，因而其维修费用更高。虽然世界上著明的齿轮箱制造企业，如德国的Renk公司，Fland公司，Eickhoof公司以及一些中小企业在这方面都作了研究，并且有的企业也付出了很大的代价，但目前世界风电行业所用增速齿轮箱仍然事故较多。因此，采用先进技术，分析其失败的原因，总结和吸收以往开发其它项目齿轮箱成功的经验，研制高技术性能，高可靠性和良好的可维修性的增速齿轮箱是风力发电机组的关键技术保障。

一、 风电齿轮箱故障分析

（一）、齿轮传动的故障原因分析

齿轮传动是机械设备中设备中最为常用的传动方式之一。风电齿轮箱运行状态的正常与否直接关系到整台机组的工作状况。据有关资料统计，齿轮箱发生故障有40％的原因是由于设计、制造、装配及原材料等因素引起的，即是由制造单位设计制造引起的；另有43％的原因是由于用户维护不及时和操作不当引起的；还有17％的原因是由于相邻条件（如电机、联轴节等）的故障或缺陷引起的。当然，风电齿轮箱故障原因是否有这比例关系，还要经过统计得出。由此可见，为了确保风电齿轮箱安全、正常地运行，提高齿轮传动的可靠性，一方面需要改进设计、提高加工制造精度以及改善装配质量，另一方面则必须提高运行管理和维护水平，对齿轮传动装置进行状态监测和故障诊断。

(二).齿轮箱中主要故障及其原因分析

据统计,齿轮箱中其次是轴承，占20％；再者是轴，占10％。最后是箱体和紧固件。由此可见，在齿轮箱中齿轮本身的故障所占比重大。说明在齿轮传动系统中齿轮本身的制造、装配质量及其运行维护水平是关键问题。齿轮在机械加工273694922.doc

一般来说，齿轮传动的失效主要发生在轮齿上。轮齿部分的失效形式分为两大类：轮齿折断，齿面失效。

1. 轮齿折断

折断失效通常有轮齿的弯曲疲劳折断、过载折断和随机折断。

• 疲劳折断：工作时轮齿反复受载，使得齿根处产生疲劳裂纹，并逐步扩展以至轮齿折断的失效。疲劳裂纹多起源于齿根受拉的一侧。

• 过载折断：齿轮受到突然过载，或经严重磨损后齿厚减薄时，轮齿会发生过载折断。

• 随机折断：通常是指由于轮齿缺陷、点蚀或其它应力集中源在轮齿某部位形成过高应力集中而引起轮齿折断。断裂部位随缺陷或过高有害残余应力的位置而定，与齿根圆角半径无关。

• 轮齿折断的形式有整体折断和局部折断。整体折断多发生于直齿轮，局部折断多发生于斜齿和人字齿轮，齿宽较大的直齿轮和由于安装、制造因素使得局部受载过大的直齿轮，也可能发生局部折断。疲劳折断的断口较光滑，过载折断的断口则较粗糙。

• 增大齿根过渡圆角半径，减小齿面粗糙度，对齿根进行喷丸或碾压强化处理消除该处的加工刀痕，选用韧性较好的材料，采用合理的变位等，均有助于提高轮齿的抗折断能力。

• 通常，轮齿疲劳折断是闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式。

2. 齿面失效

齿面失效常见的失效形式有：点蚀、胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。

(1) 点蚀

齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象，齿轮传动中称为点蚀（图9.3-13）。节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。

• 点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀。收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。扩展性点蚀指随着工作时间的延长而继续扩展的点蚀现象，常在软齿面轮齿经跑合后，接触应力高于接触疲劳极限时发生。硬齿面齿轮由于材料的脆性，凹坑边缘不易被碾平，而是继续碎裂成为大凹坑，所以只发生扩展性点蚀。严重的扩展性点蚀能使齿轮在很短的时间内报废。

POM齿轮基本原理和主要故障分析学习报告

目前我司所使用的步进电机广泛采用的是聚甲醛（POM）材料的小模数齿轮，本次将重点针对POM齿轮的原材料知识、齿轮的基本参数以及在实际过程中经常遇到的步进电机齿轮断齿故障的原因和解决方案这几个方面进行深入学习和思考，具体情况如下：

一、 聚甲醛(POM)

聚甲醛学名聚氧化聚甲醛（简称POM） 又称赛钢、特灵。它是以甲醛等为原料聚合所得。POM-H（聚甲醛均聚物），POM-K（聚甲醛共聚物）是高密度、高结晶度的热塑性工程塑料，可在-40- 100°C温度范围内长期使用，具有良好的物理、机械和化学性能，尤其是有优异的耐摩擦性能，它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油，耐过氧化物性能。不足之处在于：由受强酸腐蚀，耐侯差，粘合性差，热分解与软化温度接近，限氧指数小。很不耐酸，不耐强碱和不耐月光紫外线的辐射。

聚甲醛的拉伸强度达70MPa，吸水性小，尺寸稳定，有光泽，这些性能都比尼龙好，聚甲醛为高度结晶的树脂，在热塑性树脂中是最坚韧的。具抗热强度，弯曲强度，耐疲劳性强度均高，耐磨性和电性能优良。

由于POM具有较好的综合性能，在热塑性塑料中是最坚硬的，所以是塑料材料中力学性能最接近金属的品种之一，其抗张强度、弯曲强度、耐疲劳强度，耐磨性和电性都十分优良，被广泛用于汽车工业，电子电器，机械设备等。还可以做水龙头、框窗、洗漱盆。

由于它表面硬度高而且表面致密,它磨耗小,耐疲劳耐冲击,磨擦系数小,并且自润滑,因此,它是制造齿轮的首选。

二、 模数

“模数”是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距t与圆周率π的比值(m=t/π)，以毫米为单位。模数是模数制齿轮的一个最基本参数。模数越大，齿轮越高也越厚，如果齿轮的齿数一定，则轮的径向尺寸也越大。模数系列标准是根据设计、制造和检验等要求制订的。

故障维修

减速机齿轮断裂原因分析

范明孝（本钢招标有限公司，辽宁 本溪 117000）

摘 要：近年来，经济快速发展，科学技术不断进步，针对减速机齿轮发生断裂现象，采用化学成分分析、断口分析、金相检验和力

学性能测试对其原因进行了分析。结果表明，裂纹起源于键槽棱边应力集中处，向内疲劳扩展至断裂；棱边形状尖锐，弯曲应力集中

较为严重，齿轮轴旋转时出现一定的弯矩载荷，棱边即能萌生裂纹源，引发疲劳断裂。分析结果为避免同类轴再次发生断裂提供了参考。

关键词：减速机；齿轮断裂；原因

引言

在机械设备运转的过程中，齿轮往往起着不可替代的重要作用，

齿轮一旦失效会造成重大设备事故与人员伤害。齿轮失效最常见的

一种形式是轮齿折断，齿轮的齿部发生断裂是整个机械工程领域中

最为严重的一种，主要包括随机折断、过载折断和疲劳折断，为了

避免发生轮齿折断就要求轮齿有一定的强度，而齿轮强度与热处理

工艺、制造工艺和微观组织等密切相关，齿轮常用的热处理工艺是

渗碳淬火，热处理工艺不当会造成硬化层深度不合格和表面硬度不

符合要求等，从而导致齿轮断裂失效。某钢厂在使用减速机的过程

中某一齿轮突然发生失效，且轮齿多处发生断裂。为了排除使用不

当所造成的断裂，找到齿轮失效的真正原因，有必要进行检验分析，

从而提高设备运转效率。

1.减速机齿轮理化检验

结合上述工况概述，对该设备出现减速机齿轮轴损坏后的轴部

理化性质进行检验，相关内容表述如下。①宏观检验，宏观上来看，

减速机齿轮轴没有受到明显的外部损伤影响，其中主轴上不存在外

伤且形状完好，轴上的齿轮出现明显的裂痕。对细节进行观察后发

现，断裂的齿轮轮面有较大的拓展放射区域，其中出现裂痕的区域

与拓展的方向基本一致，在端口处进行分析，发现明显的直接拓展

断裂的痕迹。在未发生断裂的齿轮上可以看到挤压类型的损伤，其

挤压破碎的形貌比较一致，可以表明该齿轮在工作过程中持续受到

较大的外力影响与作用，最终导致出现了损坏。②微观检验，为了

微观分析，首先对齿轮上组织进行取样，随后将其进行简单的样品