齒輪熱塑流變失效分析

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1、齒輪熱塑流變失效分析第1頁共3頁齒輪熱塑流變失效分析牛俊民主題詞：機(jī)械制造失效分析齒輪熱塑流變摘要：高速齒輪在使用過程中發(fā)生齒面的堆塌而失效，文章分析了堆塌形成的原因是由于出現(xiàn)潤滑故障，形成干摩擦，致使齒輪表面局部溫升產(chǎn)生熱塑流變，最終導(dǎo)致齒肉損傷，齒輪失效。防止熱塑流變失效的根本對策是防止出現(xiàn)供油系統(tǒng)故障。一.齒輪的概況及技術(shù)要求#我公司為南京鋼廠生產(chǎn)的15軋機(jī)分配減速箱齒輪軸和齒輪在達(dá)產(chǎn)不久，沿圓周一圈出現(xiàn)堆塌現(xiàn)象，齒面出現(xiàn)氧化色（蘭紫色），見照片1。局部堆塌發(fā)生在四個咬合齒輪的同一水平見照片2。照片1齒輪堆塌情況（局部）

2、照片2齒輪堆塌情況（宏觀）分配減速箱工作狀況，它共有齒軸3根，齒輪1個，3根齒軸都是30齒，齒輪53齒，模數(shù)m12；所有材質(zhì)均為20CrNi2MoA，都是滲碳淬火的硬齒面，硬度HRC56~60，輸入軸轉(zhuǎn)速為974轉(zhuǎn)/min；齒頂外圓直徑為390mm，解剖齒軸3是空心，單重256Kg；齒軸1是實(shí)心，單重363Kg。圖紙技術(shù)要求，基體調(diào)質(zhì)處理，制造廠采用正火處理；齒面及齒根表面滲碳淬火，齒面有效硬化層深不低于2.2mm，硬度HRC56~60。二.解剖齒輪的試驗(yàn)情況制造廠對損壞的齒軸3和齒軸1進(jìn)行了解剖試驗(yàn)，在齒軸3堆塌區(qū)切取橫向低

3、倍試片，厚度40mm；在齒軸1非堆塌區(qū)切取橫向低倍試片，厚度30mm；另外，在齒軸堆塌區(qū)域表面有翹起的薄片，對這部分也制取了試樣。1.化學(xué)成分分析在兩根齒軸上都鉆取了試樣，分析結(jié)果見表1，結(jié)果都符合標(biāo)準(zhǔn)。齒輪熱塑流變失效分析第2頁共3頁表1齒軸化學(xué)分析結(jié)果名稱C（%）Mn（%）Ni（%）Cr（%）Mo（%）備注齒軸30.210.621.750.500.23齒軸10.210.551.750.620.222.機(jī)械性能在齒軸3試片的1/3（離齒頂）半徑處取切向機(jī)械性能試樣，試驗(yàn)結(jié)果見表2。另外在齒軸本體的未堆塌區(qū)齒頂測量洛氏硬度，H

4、RC為56。表2失效齒輪橫向切片的機(jī)械性能日2000年委托單位處辦名稱齒輪軸材質(zhì)20CrNi2MoA期3月抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)延伸率端面收縮沖擊值硬度備委托編號22σbN/mmσSN/mmδ5%率ψ%AkJHRc注1-1715535184791162-1730575215395173-1745580205510718說明以上數(shù)據(jù)已經(jīng)換算成縱向。3.低倍及金相分析兩根齒軸的低倍試片除樹枝晶比較粗大外，心部無異常。齒頂部分見照片3，齒頂都有明顯的流變線，流變均在同一方向。切取有流變線的齒作金相觀察，發(fā)現(xiàn)馬氏體、貝氏體呈明顯的帶狀分布。帶

5、狀組織的出現(xiàn)，說明有再結(jié)晶發(fā)生過。照片4~6是流變部分由25×到200×的組織情況。照片7是在翹起薄片上所做的金相照片，可以看出它同樣有明顯的帶狀，且馬氏體粗大。齒輪心部的組織為索氏體，見照片8。對齒軸1無流變部位的齒作金相觀察，齒表面照片3流變齒頂?shù)牡捅督M織為馬氏體組織；齒心部為索氏體。照片4流變部分25×照片5流變部分帶狀組織100×照片6流變部分馬氏體200×齒輪熱塑流變失效分析第3頁共3頁照片7流變翹起部分馬氏體100×照片8解剖齒心部組織索氏體100×三.對失效過程的分析#15軋機(jī)分配減速箱齒軸的工作形式是立式的，在

6、齒面的上部和下部各有一個噴油嘴，熱塑流變發(fā)生在正對上噴油嘴的位置上，很可能是由于上噴油嘴被堵或者出現(xiàn)故障，不能正常供油，齒輪潤滑油膜被破壞。從摩擦學(xué)角度來講，油膜在齒輪摩擦過程中起著非常關(guān)鍵的作用，通過油膜還可以帶走摩擦生成的熱量，從而使齒輪處于良性工作狀態(tài)。一旦上噴油嘴出現(xiàn)故障，由于是立式結(jié)構(gòu)，下噴油嘴又起不到補(bǔ)充作用，這就使齒輪上部出現(xiàn)干摩擦，使大量的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑢?dǎo)致齒面變軟、變形，繼而產(chǎn)生劇烈溫升，出現(xiàn)熱膠合并沿滑動方向引起拉傷，齒頂變尖，齒面出現(xiàn)氧化色（蘭紫色），齒形被完全破壞，由于齒面的變形又加劇了熱量的生成，

7、這樣惡性循環(huán)的結(jié)果，就使這部分齒面進(jìn)入塑性狀態(tài)，并在咬合力的作用下產(chǎn)生熱塑流變。四.預(yù)防齒輪發(fā)生熱塑流變失效的措施通過對齒輪失效過程的分析，可以看出齒輪在運(yùn)行過程中形成良好的油膜以及保證供油系統(tǒng)的重要性，預(yù)防措施主要圍繞這兩個方面：1.改進(jìn)潤滑系統(tǒng)，加大供油量，并防止出現(xiàn)潤滑故障，避免潤滑系統(tǒng)給油不足和中斷。2.使用潔凈合格的油品。3.從設(shè)計(jì)角度，應(yīng)避免單一噴油嘴，以保證一個噴油嘴被堵供油不會中斷。有條件時增加油路故障報(bào)警系統(tǒng)，以便及時發(fā)現(xiàn)排除故障，在此之前應(yīng)加強(qiáng)人員監(jiān)測。4.從機(jī)械制造角度，應(yīng)保證機(jī)械制造精度，使齒輪形成良好

8、的油膜。此項(xiàng)試驗(yàn)得到西安交通大學(xué)馬寶鈿等老師的指導(dǎo)和支持，在此一并表示謝意！想了解更多缺陷的超聲波定性探傷資料可以登陸我的網(wǎng)站：http://www.niujm.com/njm.htm或者去查看我出版的書《鋼中缺陷的超聲波定性探傷》