一般的なギアの故障とその予防策

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1. 歯車の故障モード

歯車にはさまざまな用途に応じてさまざまな種類があります。 実際の製造・応用プロセスにおいては、歯車の故障モードも様々です。 歯車の破損は一般に歯面で発生し、他の部分で発生することはほとんどありません。 運転中の歯車の故障原因に応じて、歯の破損、歯面の接着、歯面の疲労、ピッチング、歯面を除く、歯車の一般的な故障モードを分析できます。 摩耗、塑性変形等

1.1 ギアブレーキング

ギアの歯の破損は、最終的な故障の非常に危険な形態です。 さまざまな原因に応じて、過負荷破壊、疲労破壊、ランダム破壊に分けられます。

1.1.1 過負荷破壊

歯面に過大な衝撃荷重が加わると、歯の応力が限界応力を超え、一般に短期的な過負荷である過負荷破壊が発生します。 歯車の歯が過負荷により破損すると、断面は放射状またはヘリンボーンパターンの放射領域を持ち、放射方向は亀裂の伝播方向とほぼ平行で、放射中心が破壊源となり、破面には疲労線が現れます。シェルパターンの変化により、鋳鉄ギアは過負荷破壊を起こしやすくなります。

1.1.2 疲労破壊

繰返し荷重が作用すると、歯元部の曲げ応力が最も大きくなり、応力が集中します。 疲労限界を超えると歯根のフィレットで疲労破壊が発生しやすくなります。 加工時間やサイクル数が増加し、複数回の動作を繰り返すと、亀裂は徐々に拡大、深化し、最終的には歯の疲労破壊につながります。 疲労によるギヤ歯の破損の原因には、不適切なギヤ材質、低い加工精度、歯元の移行フィレットが小さい、設計時の実際の荷重の見積もりが不十分であるなど、多くの要因があります。

1.1.3 ランダムな骨折

歯車の材質に欠陥があり、剥離して破断部に過大な局所応力集中が生じるとランダム破壊を引き起こします。 破壊の形態は一般的な疲労破壊と同様です。 この障害は実際には二次的な障害です。

1.2 歯面接着

高速・高負荷の伝動では、噛み合い部の温度上昇により潤滑油が破壊され、2枚の歯面金属が直接接触して結合します。 歯面が相対的に摺動することにより、軟らかい歯面金属が摺動方向に沿って引きちぎられて溝が形成されます。 この現象が接着です。 接着は、その特性と理由に応じて、軽接着、中接着、破壊接着、部分接着の 4 種類に分類できます。 歯面を接着すると強い摩耗と熱が発生し、伝達が不安定になり歯車の端材が発生します。

1.3 歯面のピッチング

歯車が作動すると、噛み合い面の各点に発生する接触応力が脈動周期に応じて変化します。 歯面の接触応力が材料の接触限界応力を超えると、歯面の表層に微細な疲労亀裂や亀裂が発生します。 金属粒子の表面層が膨張すると剥離し、一般に孔食として知られる小さな穴がいくつか形成されます。 孔食が発生すると歯面の座面が減少し、ショックや異音の原因となり、ひどい場合には歯が折損します。 ピッチング領域が歯の高さを超え、歯の幅が 60% になった場合は、新しい部品と交換する必要があります。

1.4 歯面摩耗

歯の表面の摩耗には 2 つのタイプがあります。(1) 歯の表面の間に硬い粒子 (鉄やすり、砂など) が侵入することによって引き起こされる摩耗。 (2) 歯面の相互摩擦による 過度の摩耗の後、加工面の材料が大量に摩耗し、歯形の形状が損傷し、しばしば激しい騒音や振動が発生し、最終的にはトランスミッション不良につながります。 したがって、重要な歯車の歯面摩耗は元の歯厚の 10% を超えてはなりません。 一般に、ギアの歯の歯面の摩耗は、装置の目的に応じて歯の厚さの 20% ～ 30% を超えてはなりません。 基準を超えている場合は交換が必要です。