齿轮失效后如何修理？
2018-12-27 · 致力于图书出版、影视IP
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草坪机械中设有齿轮变速箱，改变不同的齿轮传动比可改变播种量、施肥量、喷药量等的多少，若变速齿轮损伤，将引起草坪机械作业不均匀，甚至出现不工作等现象。
齿轮损坏的主要原因大致分为：磨损、起麻点、剥落、渗碳层碎裂、疲劳、撞击、波纹、起棱和冷变形。大多数齿轮的损坏是因为齿轮载荷过大，或者因不正确的换挡或操纵离合器引起撞击或振动载荷。
齿轮的修复方法主要有：换向法、堆焊法、热锻法、镶齿法等。
（1）齿轮轮齿表面损伤的修复方法
①端面换向法修复齿面。对于齿面局部（例如一端）磨损或单工作面磨损（单向转动）的齿轮，在结构上磨损齿轮若为轴向中心平面对称时，采用端面换向（轴向调头）法修理，是经济与合适的。例如，某些变速箱齿轮，由于经常换挡变速，其轮齿一端常出现冲击磨损，如齿轮为轴向对称结构，可调头使用，并改善冲击程度。某些齿轮在设计时已考虑到了其局部（偏于一端）以及单工作面磨损后，便于换修的特殊要求。
②堆焊法修复齿面。齿轮磨损严重和发生严重点蚀或剥落时，可考虑用堆焊法修复。通常，对尺寸较大而且重要齿轮的损伤用堆焊法可获得较大经济效益，并且还可尽快恢复生产。齿轮堆焊的工艺为：焊前退火→清洗→施焊→机械加工→热处理→精加工。
③热锻法修复齿面。轮齿工作面严重磨损使齿厚严重减薄时，可用热锻法将齿顶部分的金属挤压到工作齿面上去，以得到包含齿形修复的机加工余量的齿厚，然后只需在轮齿顶部进行堆焊。与齿面堆焊法比较，本法操作方便，金属熔合状态较好，质量也容易保证，但需热锻工艺及相应的复杂设备支持，成本也较高。两种方法的堆焊层如图9-28所示。
图9-28 两种堆焊层
（2）齿轮断齿的修复方法
①镶齿法修复断齿。对于个别断齿，该齿轮上其他轮齿完好（特别应注意断齿的相邻齿的情况）；同时，对该齿轮精度要求不很高、工作速度较低的情况下，可用镶齿法修复，如图9-29所示。
图9-29 镶齿法修复齿轮
②拼接法修复断齿。大型齿圈断裂时，或较大的齿轮有部分齿损坏时，可用拼接法修复。用气焊或锯（或无齿锯）割去齿轮的损坏部位，然后必须用专用工具使变形的齿轮恢复原形，如图9-30所示。再在另一个不能修复的同样齿轮上取下需要的部分，或按缺口尺寸形状用与原齿轮相同或相近材质的材料制成一部分齿圈，焊到缺口上。
图9-30 恢复齿轮原形位的专用工具
焊前应在焊接处磨出45°坡口，作为8～10mm宽的焊缝，焊后进行机械加工。为了保证拼接部分与原齿轮齿距均匀，应在拼接的全过程中要多次反复测量公法线长度W，如图9-31所示。
图9-31 用拼接法修复齿轮
③堆焊法修复断齿。用堆焊法修复个别断齿时，在焊前必须认真判别断齿模式，对于断口面上的
裂纹，特别是疲劳裂纹必须清根至裂纹前沿，再予施焊。为避免焊接过程的热影响，可将齿轮浸入水中，仅将施焊部分露出水面，并对其邻近堆焊处的表面用石棉布遮盖，如图9-32所示。
图9-32个别齿轮的局部堆焊
（3）齿轮裂纹的修复
①齿轮疲劳裂纹的修复。对于轮齿或轮缘、辐板上初期的疲劳微裂纹，可在其裂纹扩展前沿钻孔（钝化孔）阻止其继续扩展以延长其使用寿命。实际上，对于较严重的轮齿疲劳裂纹，其扩展前沿又不明确，即使用无损探伤也难以定位、定量，可考虑沿裂纹扩展方向锯去残齿，再按断齿修复。
②齿轮工艺裂纹的修复。对于仍处于稳定扩展的表面（或次表面）裂纹，可采用打磨或锉修的方法予以消除，以延长其使用寿命。在清除裂纹时，应清除掉裂纹尖端的形变层为好。
③齿轮材料内部裂纹的修复。在经无损探伤定位、定量后，应用断裂力学对其进行残余寿命评估后，再予以适当处置；有限使用，或报废更换。
（4）齿轮永久变形的修复
①齿轮轻微塑性变形的修复。不太严重的损伤，如飞边、小压痕、起脊等，可将其塑性变形凸起部分予以锉刮修整。如轮齿材料过软，可予以表面强化（或局部硬化处理），如喷丸强化。如润滑不良，可改善润滑，例如对于起脊损伤的齿轮，可使用含极压添加剂的高黏度润滑油以改善润滑条件。
②齿轮塑性变形严重的修复。较重损伤如端面冲击塑性变形，则在轴向可调头的条件下，对此损伤齿轮采用端面换向法。或在有价值（如批量较大）并有条件热锻时，可采用热锻法修复。对于严重塑性变形损伤的齿轮，除采取上述措施修复外，还应排除具体的载荷或（和）环境等导致损伤的因素。
③齿轮轴严重弯曲塑性变形的修复。齿轮轴发生弯曲塑性变形时，可用压力（用压力机）矫直和冷却矫直的方法进行修复。为克服弹性失效的影响，对于直径（最大有效直径）小于50mm的齿轮轴，可将其加热到400～500℃并保温0.5～1h；而对于直径更大和（或）变形较大的齿轮轴，则加热温度还要适当提高（500～600℃），因为在这样热态条件下进行矫直，可以保证矫直复原的稳定性。
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草坪机械中设有齿轮变速箱，改变不同的齿轮传动比可改变播种量、施肥量、喷药量等的多少，若变速齿轮损伤，将引起草坪机械作业不均匀，甚至出现不工作等现象。
齿轮损坏的主要原因大致分为：磨损、起麻点、剥落、渗碳层碎裂、疲劳、撞击、波纹、起棱和冷变形。大多数齿轮的损坏是因为齿轮载荷过大，或者因不正确的换挡或操纵离合器引起撞击或振动载荷。
齿轮的修复方法主要有：换向法、堆焊法、热锻法、镶齿法等。
（1）齿轮轮齿表面损伤的修复方法
①端面换向法修复齿面。对于齿面局部（例如一端）磨损或单工作面磨损（单向转动）的齿轮，在结构上磨损齿轮若为轴向中心平面对称时，采用端面换向（轴向调头）法修理，是经济与合适的。例如，某些变速箱齿轮，由于经常换挡变速，其轮齿一端常出现冲击磨损，如齿轮为轴向对称结构，可调头使用，并改善冲击程度。某些齿轮在设计时已考虑到了其局部（偏于一端）以及单工作面磨损后，便于换修的特殊要求。
②堆焊法修复齿面。齿轮磨损严重和发生严重点蚀或剥落时，可考虑用堆焊法修复。通常，对尺寸较大而且重要齿轮的损伤用堆焊法可获得较大经济效益，并且还可尽快恢复生产。齿轮堆焊的工艺为：焊前退火→清洗→施焊→机械加工→热处理→精加工。
③热锻法修复齿面。轮齿工作面严重磨损使齿厚严重减薄时，可用热锻法将齿顶部分的金属挤压到工作齿面上去，以得到包含齿形修复的机加工余量的齿厚，然后只需在轮齿顶部进行堆焊。与齿面堆焊法比较，本法操作方便，金属熔合状态较好，质量也容易保证，但需热锻工艺及相应的复杂设备支持，成本也较高。两种方法的堆焊层如图9-28所示。
图9-28 两种堆焊层
（2）齿轮断齿的修复方法
①镶齿法修复断齿。对于个别断齿，该齿轮上其他轮齿完好（特别应注意断齿的相邻齿的情况）；同时，对该齿轮精度要求不很高、工作速度较低的情况下，可用镶齿法修复，如图9-29所示。
图9-29 镶齿法修复齿轮
②拼接法修复断齿。大型齿圈断裂时，或较大的齿轮有部分齿损坏时，可用拼接法修复。用气焊或锯（或无齿锯）割去齿轮的损坏部位，然后必须用专用工具使变形的齿轮恢复原形，如图9-30所示。再在另一个不能修复的同样齿轮上取下需要的部分，或按缺口尺寸形状用与原齿轮相同或相近材质的材料制成一部分齿圈，焊到缺口上。
图9-30 恢复齿轮原形位的专用工具
焊前应在焊接处磨出45°坡口，作为8～10mm宽的焊缝，焊后进行机械加工。为了保证拼接部分与原齿轮齿距均匀，应在拼接的全过程中要多次反复测量公法线长度W，如图9-31所示。
图9-31 用拼接法修复齿轮
③堆焊法修复断齿。用堆焊法修复个别断齿时，在焊前必须认真判别断齿模式，对于断口面上的
裂纹，特别是疲劳裂纹必须清根至裂纹前沿，再予施焊。为避免焊接过程的热影响，可将齿轮浸入水中，仅将施焊部分露出水面，并对其邻近堆焊处的表面用石棉布遮盖，如图9-32所示。
图9-32个别齿轮的局部堆焊
（3）齿轮裂纹的修复
①齿轮疲劳裂纹的修复。对于轮齿或轮缘、辐板上初期的疲劳微裂纹，可在其裂纹扩展前沿钻孔（钝化孔）阻止其继续扩展以延长其使用寿命。实际上，对于较严重的轮齿疲劳裂纹，其扩展前沿又不明确，即使用无损探伤也难以定位、定量，可考虑沿裂纹扩展方向锯去残齿，再按断齿修复。
②齿轮工艺裂纹的修复。对于仍处于稳定扩展的表面（或次表面）裂纹，可采用打磨或锉修的方法予以消除，以延长其使用寿命。在清除裂纹时，应清除掉裂纹尖端的形变层为好。
③齿轮材料内部裂纹的修复。在经无损探伤定位、定量后，应用断裂力学对其进行残余寿命评估后，再予以适当处置；有限使用，或报废更换。
（4）齿轮永久变形的修复
①齿轮轻微塑性变形的修复。不太严重的损伤，如飞边、小压痕、起脊等，可将其塑性变形凸起部分予以锉刮修整。如轮齿材料过软，可予以表面强化（或局部硬化处理），如喷丸强化。如润滑不良，可改善润滑，例如对于起脊损伤的齿轮，可使用含极压添加剂的高黏度润滑油以改善润滑条件。
②齿轮塑性变形严重的修复。较重损伤如端面冲击塑性变形，则在轴向可调头的条件下，对此损伤齿轮采用端面换向法。或在有价值（如批量较大）并有条件热锻时，可采用热锻法修复。对于严重塑性变形损伤的齿轮，除采取上述措施修复外，还应排除具体的载荷或（和）环境等导致损伤的因素。
③齿轮轴严重弯曲塑性变形的修复。齿轮轴发生弯曲塑性变形时，可用压力（用压力机）矫直和冷却矫直的方法进行修复。为克服弹性失效的影响，对于直径（最大有效直径）小于50mm的齿轮轴，可将其加热到400～500℃并保温0.5～1h；而对于直径更大和（或）变形较大的齿轮轴，则加热温度还要适当提高（500～600℃），因为在这样热态条件下进行矫直，可以保证矫直复原的稳定性。
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