Видове повреди на червячната предавка — износване, точкова кора и счупване на зъбите
Ръководство за полева диагностика. Как изглежда всяка повреда през инспекционния отвор, как звучи при двигателя и какво я е причинило, преди да смените червячното колело.
Пет режима на повреда са причина за почти всяка повреда на червячното зъбно колело: абразивно износване (постепенно, причинено от прах), адхезивно износване или износване (внезапно, причинено от смазване), точкова умора (циклична умора на напрежението, развива се в продължение на хиляди часове), пластична деформация (претоварване, развива се за секунди) и счупване на зъбите (крайно, изненадва всички). Всеки от тях оставя отличителни следи по повърхността на червячното колело. Правилното разчитане на тези следи по време на планирана проверка е това, което отличава 30-минутната превантивна интервенция от 6-часовия авариен ремонт. Подмяната на части без диагностициране на режима на повреда е най-честата причина същото задвижване да се повреди отново три месеца по-късно.
Първо диагностицирай, после сменяй
Повечето повреди на червячни зъбни колела, които ни се налага да разследваме, имат една обща характеристика - частите вече са били сменяни веднъж, като същото задвижване се е повредило отново приблизително в същия времеви прозорец. Екипът по поддръжката е идентифицирал счупения компонент, сменил го с нов и е третирал проблема като решен. Шест до дванадесет месеца по-късно новото червячно колело показва идентичния модел на износване като повреденото. Това не е проблем с качеството на частите. Това е липсваща диагноза.
Всяка повреда на червячното колело оставя следи по страничните стенки на зъба. Моделът, местоположението и дълбочината на повредата ви показват какъв физически механизъм е причинил повредата. След като разберете механизма, можете да отстраните действителната причина (претоварване, неправилна смазка, замърсяване, несъосност, вибрации), вместо многократно да сменяте части. Тази статия разглежда петте режима на повреда, които обхващат почти всички повреди на червячните зъбни колела, как изглежда всеки един от тях по време на проверка на страничните стенки на зъба, какво обикновено докладва операторът преди повредата и какви са коригиращите действия.
Режим 1 — Абразивно износване
Абразивното износване е най-бавният и най-предсказуем режим на повреда на червячната предавка. Твърдите частици в смазката - обикновено прах, стружки от шлифоване, оксидни отломки от разработването или замърсяване от скъсано маслено уплътнение - преминават през контактната зона между червяка и колелото и надраскат двете повърхности. Бронзовото колело страда повече от стоманения червяк, защото бронзът е по-мекият материал.
Зъбните стенки показват успоредни драскотини, разположени по посока на плъзгане, равномерни по активната странична повърхност, без точковидни образувания или кратери. Профилът на зъба на колелото постепенно изтънява - измеримо като нарастване на хлабината на венчето на червячното колело в продължение на месеци работа.
Жалба от оператора: „Скоростната кутия става по-шумна“ — типично 3 до 6 месеца преди повреда. Луфтът се увеличава отчетливо при обръщане на натоварването; интервалите за смяна на маслото се скъсяват, защото маслото потъмнява по-бързо от необходимото.
Основни причини: скъсано семерингово уплътнение, пропускащо прах, запрашена среда с граничен дизайн на уплътнението, замърсяване, въведено по време на доливане на масло, или пропусната смяна на масло, позволяваща натрупване на износващи се частици. По-рядко абразивното износване е резултат от това, че частиците по време на разработка никога не се улавят от магнитна тапа или филтър.
Коригиращи действия: Източете и промийте картера на скоростната кутия. Сменете скъсаните уплътнения; подобрете дизайна на уплътнението (маншетно уплътнение плюс прахозащитно уплътнение или лабиринтно уплътнение за много прашна работа). Добавете магнитна пробка за източване, ако вече не е монтирана. Инсталирайте клапан за вземане на проба от масло и стартирайте програма за анализ на маслото. Сменете червячното колело, ако измереният хлабинен ход надвишава 50 процента от оригиналната спецификация — износването след тази точка губи оригиналния профил на зъбите и ускорява повредата.
Режим 2 — Износване и ожулвания от залепване
Силното адхезивно износване се превръща в ожулване - понякога наричано още драскотини. Докато абразивното износване напредва постепенно в продължение на месеци, ожулването се случва за секунди. Смазочният филм се разрушава, червякът и червячното колело осъществяват директен контакт метал-метал под високо налягане, триенето и нагряването заваряват малки парченца метал заедно и заваръчните шевове се разкъсват при следващото завъртане. Резултатът е грубо, накъсано, размазано увреждане, което изобщо не прилича на полираните зъбни страни на здраво червячно зъбно колело.
По стените на зъбите се виждат отличителни матови ивици, простиращи се по посока на плъзгане. Повредените зони често са обезцветени - синкави или матово сиви - от локално нагряване. Повредите обикновено се концентрират близо до върховете или корените на зъбите, където скоростта на плъзгане е най-висока, или върху единия край на ширината на предната част, ако зъбната двойка е неправилно подравнена. Под увеличение повърхността изглежда по-скоро накъсана и размазана, отколкото надраскана.
Жалба от оператора: Внезапно повишаване на температурата на корпуса на скоростната кутия, често в рамките на часове след стартиране. Миризма на изгоряло от горещо масло. Задвижването може да спре при нормално натоварване. Докато операторът забележи, повредата вече е нанесена.
Основни причини: грешен вискозитет на смазката (твърде рядка за работната температура), ниско ниво на маслото, което позволява на червяка да работи частично на сухо при студен старт, силно претоварване, което нарушава хидродинамичния филм, или - при по-стари конструкции - разработване без масло за разработване с подходяща добавка против износване. Издраскването на единия край почти винаги означава несъответствие между оста на червячния вал и червячното колело, по-голямо от стандартния толеранс от 0,0005 инча на инч.
Коригиращи действия: Сменете както червяка, така и червячното колело — повредата от износване на който и да е от компонентите ще повреди бързо свързващата се част, след като работата се възобнови. Проверете класа на смазочното масло спрямо действителната работна температура; преминете от минерално на синтетично масло PAO, ако температурата на картера е надвишила 80 градуса по Целзий преди повредата. Проверете маркировката за ниво на маслото спрямо действителната монтажна ориентация. Проверете перпендикулярността на вала спрямо оста с индикаторен часовник преди повторно сглобяване. Ако причината е претоварването, обърнете внимание на приложението — не сменяйте само частите.
Режим 3 — Котковидна хрупкавост
Питингът е умора от контактно напрежение — малки кратери се появяват по повърхността на зъба, където цикличното напрежение е разпространило подповърхностни пукнатини, докато металът между пукнатината и повърхността се освободи. Всяка вдлъбнатина е резултат от милиони цикли на натоварване. Червячните зъбни колела обикновено се точят върху бронзовото колело, а не върху стоманения червяк, защото колелото претърпява приблизително същия брой цикли на оборот, както червякът, но по-мекият материал понася повече повреди от контактно напрежение на цикъл.
По стените на зъбите се виждат малки кръгли или овални кратери, обикновено с диаметър от 0,5 до 3 милиметра, разпръснати по контактната лента. Първоначалното точково образуване може да се стабилизира, тъй като високите точки се полират и натоварването се преразпределя. Прогресивното точково образуване показва, че контактното напрежение остава твърде високо.
Жалба от оператора: повишени вибрации и шум, които се развиват постепенно в продължение на хиляди работни часове. Анализът на вибрациите показва повишени амплитуди при честотата на зацепване на червячната предавка и нейните хармоници. Задвижването все още функционира, но операторите го описват като „нестабилно“ или „оплакващо се“.
Основни причини: контактно напрежение хронично над границата на издръжливост на материала на колелото. Това обикновено означава, че приложението натоварва задвижването по-силно от очакваното в първоначалната спецификация — увеличен изходен въртящ момент, удължен работен цикъл или материалът на колелото е специфициран в долния край на допустимия диапазон на якост. По-старите колела също могат да развият точкова корозия от натрупани цикли дори при правилно натоварване, просто защото са достигнали края на своя живот на умора.
Коригиращи действия: Лекото първоначално точково образуване (по-малко от 1 процент от контактната площ) често е нормално явление при разработване и се стабилизира след разработване. Прогресивното точково образуване (повече от 5 процента от контактната площ, нарастващо с всеки цикъл на проверка) изисква намеса. Опции: намаляване на мощността на приложението, преминаване към по-здрав материал за колелата (центробежно лят бронз вместо пясъчно лят или алуминиев бронз вместо фосфорен бронз) или преминаване към по-голям размер на рамката. Подмяната на повредени части със същата спецификация ще доведе до същата повреда в рамките на подобен брой часове.
Режим 4 — Пластична деформация
Пластичната деформация е повреда от претоварване, която не е счупила напълно зъба, но го е деформирала трайно. Бронзът, бидейки по-мек, се деформира преди стоманата. Докато развитието на питинг отнема хиляди часове, пластичната деформация може да възникне по време на едно-единствено ударно събитие - внезапно заклинване, моментно претоварване на двигателя, удар в края на хода на позиционера.
По стените на зъбите се вижда течащ метал — работната повърхност е леко вдлъбната, като изместеният метал е избутан нагоре при върха или корена на зъба, образувайки малък ръб. Понякога това се нарича „търкаляне“ на повърхността на зъба. Оригиналният профил на зъба вече не се вижда. Измерванията на луфта показват противоречиви показания около колелото — някои зъби измерват нормално, други измерват стегнатост, защото деформацията е изместила стъпката им.
Жалба от оператора: обикновено следва известен инцидент - блокирал задвижващ механизъм, изключен свръхток, срив. Понякога няма оплакване, докато следващата рутинна проверка не установи неправилни профили на зъбите. Задвижването може да продължи да работи, защото броят на зъбите и предавателното число не са се променили, но схемата на зацепване вече е неравномерна и образуването на точковидни усещания ще се ускори.
Основни причини: Ударно натоварване, превишаващо границата на провлачване на бронза. Често срещани сценарии: внезапно закачане на товар от подемник за препятствие; засядане на конвейер, последвано от опит за освобождаването му с пълен въртящ момент на двигателя; удряне на задвижващ механизъм в твърд ограничител без плавен стоп в системата за управление; лебедка, при която кабелът се е закачил и след това се е освободил внезапно. Проектираните експлоатационни фактори са предназначени да абсорбират умерено количество претоварване; те не издържат на преходни натоварвания, няколко пъти по-големи от номиналните.
Коригиращи действия: Сменете червячното колело — деформираните зъби не се възстановяват. Проверете червячния вал за същия модел и го сменете, ако е засегнат. Най-важното е да се обърне внимание на приложението: инсталирайте ограничител на въртящия момент, електронно изключване при свръхток, меки крайни ограничители в софтуера за управление или механичен предпазител, като например срязващ щифт. Следващото претоварване ще деформира новите части по същия начин.
Режим 5 — Счупване на зъб
Счупването на зъбите е терминалният начин на повреда — един или повече зъби на колелото се счупват физически. Задвижването спира или работи грубо, като счупените зъби подскачат вътре в скоростната кутия. Два различни механизма причиняват счупване: умора от огъване (бавно, следва натрупани цикли) и счупване от претоварване (внезапно, следва еднократно прекомерно натоварване).
Счупването от умора на огъване показва повърхност на счупване с две ясно отчетливи зони: гладка област с извити следи от плаж, където пукнатината се е развивала цикъл по цикъл, и грапава област, където окончателното нестабилно счупване е завършено в един цикъл на натоварване. Пукнатината обикновено започва от заоблянето на корена на зъба на натоварения страничен ръб, където се концентрира напрежението на огъване. Няколко зъба често показват подобни повреди на различни етапи от развитието на пукнатината.
Фрактурата от претоварване показва единична грапава повърхност на счупване без следи от плаж. Често се счупва само един зъб. Счупването може да следва път, различен от през корена на зъба, ако претоварването е причинило необичайни напрежения - например, зъб може да се счупи по ширината на лицевата си страна, ако чужд предмет се заклещи в мрежата.
Жалба от оператора: За умора от огъване, същата вибрационна прогресия като при питинг, завършваща с внезапен шум и спиране на задвижването. За пукане от претоварване, звуков трясък, последван от спиране на задвижването — обикновено в момента на претоварване.
Основни причини: За умора от огъване, същото хронично претоварване, което води до точкова рана, само че по различен път на напрежение. Коренното филе се натоварва на опън при всеки цикъл; ако това опън надвиши границата на издръжливост на бронза при умора, в крайна сметка ще започне пукнатина. За разрушаване от претоварване, единично преходно събитие - подобно на случая с пластичната деформация, но с натоварване, достатъчно високо, за да счупи зъба, вместо просто да го огъне.
Коригиращи действия: Сменете червяка и червячното колело заедно — счупените зъби произвеждат метални отломки, които почти сигурно са повредили повърхностите на резбата на червяка. Източете, промийте и напълнете скоростната кутия, за да отстраните счупения материал; проверете корпуса за повреди от удар. Разгледайте приложението както за пластична деформация. Увеличаването на ширината на челото на колелото, по-големият модул или по-здравият бронз (алуминиев бронз) повишава границата на умора при огъване, ако причината е хронично високо циклично натоварване.
Бърза справка — диагноза с един поглед
След като свалите капака за инспекция и погледнете зъбите на червячното колело, видимите повреди обикновено поставят повредата в един от петте режима в рамките на секунди. По-долу е показана матрицата за справка с полеви условия, която нашите клиенти по поддръжката отпечатват и залепват във вътрешността на капака на кутията си с инструменти.
Когато екип по поддръжката ни изпрати повредено червячно колело и поиска замяна, винаги искаме две снимки, преди да се съгласим да изпратим каквото и да било: износената странична част на зъба под добро осветление и повърхността на счупване на зъба, ако липсват някакви зъби. В около 30 процента от случаите снимките разкриват вид повреда, който сочи към системен проблем с приложението, а не към проблем с частите. Изпращането на ново колело без диагностициране на причината гарантира, че замяната ще се провали по същия начин. Прекарването на 10 минути във фотографиране на повредените части преди изхвърляне е най-евтината застраховка срещу повторна повреда.
Три реални разследвания за провали
Разследване 1 — Повтарящ се отказ на колелото на корейската щанцова преса
Щамповъчният завод съобщава за повреда на червячно колело на подаващото устройство за рулони на интервали от приблизително 4000 часа - три подмени за 18 месеца. Снимките на последната повреда показват течащ метал по върховете на зъбите и непостоянен хлабинен ход около колелото. Диагноза: пластична деформация от повтарящи се удари в края на хода, когато подаващото устройство достига механичния си ограничител. Оригиналното задвижване е оразмерено за постоянен въртящ момент, без да се отчитат преходните процеси при спиране и удар. Решение: инсталиране на електронна функция за плавно спиране в системата за управление на пресата, за да се забави подаващото устройство преди механичен контакт. С новото управление следващото колело достига 28 000 часа преди нормална подмяна - 7 пъти по-добро, без да се променят части освен самото колело.
Разследване 2 — Японски миксер, драскотини през първия месец
Производител на фармацевтично оборудване съобщи за повреди от износване по червячното колело на задвижване на миксер от неръждаема стомана в рамките на 600 часа след пускането в експлоатация. Снимките показват матови ивици, концентрирани в единия край на челната ширина, класически признак за несъосност. Диагноза: задвижването е било фабрично подравнено с корпуса на плоско приспособление, но клиентът го е монтирал върху леко усукана основна рамка. Отклонението от 0,0008 инча на инч надвишава допустимото отклонение от 0,0005 инча на инч. Концентрираното натоварване върху единия край на зъбния ръб е причинило локализирано разрушаване на масления филм и бързо износване. Решение: Поставете подложки на основната рамка в рамките на допустимото отклонение, сменете повредения червяк и червячно колело и ремонтираното задвижване е продължило да работи нормално без допълнителни инциденти. Поука: подравняването трябва да се провери след като скоростната кутия е закрепена с болтове към действителната си монтажна повърхност, а не във фабриката преди доставка.
Разследване 3 — Виетнамски циментов завод, прогресивно точково образуване
Производител на цимент съобщи за постепенно нарастващи вибрации на задвижването на конвейера за шлам в продължение на 14 месеца, с измерими точковидни образувания, видими по време на планирана проверка. Снимките показват приблизително 8% от контактната лента, покрита от малки кратери с размер от 1 до 2 милиметра. Диагноза: прогресивно контактно напрежение, причинено от точковидни образувания, което показва хронично претоварване. Разследването разкри, че конвейерът е пренасял с 18% повече материал на час от първоначалната спецификация за производителност — операторът е увеличил скоростта на линията, за да отговори на ревизираните производствени цели, без да променя номинала на задвижването. Решение: възстановяване на производителността до първоначалната спецификация и пускане на задвижването до планирана подмяна в края на експлоатационния живот или надграждане на червячното колело до алуминиев бронз (CuAl10Fe5Ni5) за новото ниво на производителност. Клиентът избра надстройката и ремонтираното задвижване вече работи повече от 2 години без по-нататъшно развитие на точковидни образувания.
Често задавани въпроси
В: Как мога да различа точковата повреда от корозионна повреда?
Кратерите от точковидни образувания са приблизително кръгли или овални, разположени в активната контактна лента на страничната част на зъба и са концентрирани там, където контактното напрежение е най-високо. Корозионните повреди (от неправилен химичен състав на маслото, атакуващ бронза) се проявяват като обезцветени петна извън контактната лента, както и вътре в нея, често със зелени или черни повърхностни филми, и не са концентрирани по местоположение на напрежението. Ако неизносените повърхности на колелото показват същото обезцветяване като контактната зона, подозирайте корозия. Ако е повредена само контактната лента, подозирайте точковидни образувания.
В: Трябва ли да изпратя повредените части обратно на доставчика за анализ?
За гаранционни претенции, да — повечето реномирани доставчици на червячни зъбни колела ще анализират повредените части и ще върнат писмен доклад. При повтарящи се повреди на едно и също задвижване, дори извън гаранцията, металургичният анализ може да определи дали материалът на колелото отговаря на първоначалната спецификация или е под качеството. Цената на анализа (обикновено няколкостотин щатски долара) е незначителна в сравнение с повтарящ се модел на повреди. Изпратете първо ясни снимки; доставчикът обикновено може да прецени само от изображенията дали си струва физическият анализ.
В: Нормално ли е понякога да се образуват малки ямки по време на разработка?
Да. Бронзовите червячни колела обикновено показват известна повърхностна деформация и незначително образуване на точковидни вдлъбнатини през първите 100 до 500 часа, докато контактната схема се сформира. Това образуване на точковидни вдлъбнатини от сработване има тенденция да се стабилизира, след като точките с високо напрежение се изгладат. Образуването на точковидни вдлъбнатини, което продължава да расте след 1000 часа или надвишава 2 до 3 процента от контактната площ, вече не е образуване на точковидни вдлъбнатини от сработване, а е прогресивна умора от контактно напрежение и показва хронично претоварване. Разграничението е важно: образуването на точковидни вдлъбнатини от сработване е доброкачествено, докато прогресивното образуване на точковидни вдлъбнатини е предупреждение.
В: Може ли вибрационният анализ да предвиди повреда на червячната предавка преди видими повреди?
За умора от точкова нагряване и огъване, да — вибрационните спектри показват повишени амплитуди при честотата на зацепване на червячната предавка и нейните хармоници с напредването на повредата. Тенденцията в продължение на месеци обикновено е по-надежден индикатор от еднократно абсолютно отчитане. Внезапните повреди (издраскване, претоварване) често се случват твърде бързо, за да може мониторингът на вибрациите да ги улови навреме. Анализът на маслото е допълващ: нарастващият брой бронзови частици в смазката показва активно износване, преди повредата по зъбния ръб да стане видима. Месечна проверка на вибрациите плюс тримесечен анализ на маслото откриват повечето прогресивни повреди със седмици или месеци предварително време.
В: Как се променя режимът на повреда между комплекти зъбни колела без глави и пълни редуктори?
Появите на повреди в зъбни колела разкриват корпуса, изработен от клиента, като възможен фактор — плоскост на монтажа, подравняване, ниво на смазка, качество на уплътнението и избор на лагер са променливи, контролирани от клиента. червячен редуктор Появите на повреди изолират променливите до фабричното производство, контролирано от доставчика, което опростява диагностиката. Петте режима на повреда са идентични и в двата формата - това, което се променя, е популацията от вероятни коренни причини. Несъосността е по-често срещана при инсталации с голи зъбни колела; проблемите със смазочното масло са приблизително еднакви между форматите; причините за претоварване са обусловени от приложението и не зависят от формата.
В: Червячният вал поврежда ли се по различен начин от червячното колело?
Почти винаги червячното колело се поврежда първо, защото бронзът е по-мек и натрупва повреди от умора по-бързо от червяка от закалена стомана. Когато червячният вал се повреди, най-често срещаните видове повреди са износване (сериозна загуба на смазване) и повърхностно отлющване от умора (много тежка непрекъсната работа в продължение на хиляди часове). Счупването на зъбите на червячния вал е рядкост, освен ако чужд предмет не се е заклещил в зацепването и не е скъсал резба. Стратегия за подмяна: винаги сменяйте червяка и червячното колело като съответстваща двойка, когато някой от компонентите се повреди - пускането на ново колело срещу износен червяк възпроизвежда оригиналния модел на повреда в рамките на част от проектния живот на новия компонент.
В: Кога повредено червячно колело все още може да се поправи?
Почти никога. Бронзът не може да бъде надеждно заварен обратно към оригиналния профил на зъба; дори когато геометрията може да бъде възстановена, якостта на умора на ремонтираната зона е непредсказуема. Икономически рационалното решение в почти всички случаи е подмяна, а не ремонт. Много големи индустриални колела (с диаметър на стъпката над 800 милиметра) понякога са икономични за повторна обработка - премахване на износената повърхност и повторно рязане на профил на зъба с по-малък модул - но това изисква колело, проектирано с допълнителна дебелина на материала за тази цел. Стандартните каталожни колела не са предназначени за повторна обработка.
Диагностиката на режима на повреда е разликата между трайно решение и повтаряща се повреда. Петте режима, разгледани по-горе, са причина за почти всяка повреда на червячна предавка, която достига до нашия инженерен отдел. Разчитането на визуалния подпис на повреденото червячно колело отнема минути, след като знаете какво да търсите, и ви показва дали следващата подмяна ще издържи повече от повредената. Подмяната на части без разчитане на подписа на повредата е гаранция, че същата повреда ще се случи отново в подобен срок.
За корейски и японски екипи от дизайнери на оригинално оборудване (OEM), които разследват повтарящи се повреди на червячни зъбни колела, нашият инженерен екип преглежда снимки на зъбните страни, идентифицира режима на повреда и препоръчва както резервни части, така и промяна на приложението, която предотвратява повторното им възникване. Стандартен каталог Червячни зъбни колела от фосфорен бронз и алуминиев бронз доставка със сертификати за материали, подкрепящи анализ на режима на повреда при гаранционни рекламации — заявете преглед на режима на повреда със снимки на повредените части и нашият екип ще ви върне писмена диагноза в рамките на един работен ден в Корея.
Повтарящ се отказ на едно и също устройство?
Изпратете 2 до 3 снимки на повредените зъби на червячното колело, снимка на всяка повърхност на счупен зъб и описание на работния цикъл. Ще идентифицираме режима на повреда и ще препоръчаме както резервни части, така и промяна на приложението, която ще предотврати повторната поява.
Редактор: Cxm
