【精品】齒輪失效分析實例

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1、齒輪失效分析實例齒倫是傳遞運動和動力的一種機械零件。齒輪的類型以及特點不僅對決定齒輪的運轉特性，并且也決定了它是否會過早地失效。齒倫失效的類熨可劃分為四種：(1)磨損失效，是指倫齒接觸表而的材料損耗；(2)表血疲勞失效，是指接觸表血或表血下應力超過材料疲勞極限所引起的材料失效。進一步又可分為初始點蝕、毀壞性點蝕和剝落。(3)塑性變形失效，是指在覓載荷作用下表血金屬屈服所造成的表血變形。它又對進一步分為壓塌和飛邊變形、波紋變形和溝條變形。(4)折斷失效，是指整個輪齒或倫齒相當大的一部分發(fā)牛斷裂?？梢赃M一步分為疲勞折斷、磨損折斷

2、、過載折斷、淬火或磨削裂紋引起的折斷等。本章主要介紹變速箱齒輪及被動齒輪的失效分析實例，供讀者參考。變速箱齒輪失效分析1.45號鋼齒坯裂紋分析45號鋼齒坯，由e80mm惻鋼落料后直接粗車成外徑為“78mm的柱體形狀。其化學成分為:C：0.49%,Mn:0.68%,Crv0.2%。熱處理工藝過程：在X—45箱式電爐中加熱,到溫度(820°C)裝爐，裝爐量109只，保溫時間為一小時(工件達到溫度后計算時間)，工件用鹽水冷卻(冷卻液不循壞)，水溫20~30°C。回火溫度為520?530°C(零件淬火后隔天回火)。經車削后，發(fā)現(xiàn)零件

3、內孔平面和內孔上有較多裂紋，如圖1和2所示。圖10PI圖象說明：零件實物經SM-3R型滲透劑著色探傷后宏觀形貌。經肉眼與放大鏡觀察，在齒坯內孔平血與內孔中有距離人致相等的5?6處較長的裂紋，裂紋均山內孔之平面與孔交界處為起始分別向內孔壁與平面擴展；內孔平面上和內孔交界處加工紋路明顯且尖銳。圖象說明：內孔平面試樣作金相觀察，有數(shù)條裂紋交叉分布，其內充滿氧化皮夾雜。其微觀裂紋長度不等，分別為0.63mm,0.29mm,0.23mm及0.19等。圖20MI200X2?汽車變速箱齒輪失效失效齒輪為載重汽車變速箱一扌為齒輪，由滲碳鋼制

4、造，在進行臺架試驗時，未達到設計要求就發(fā)牛斷齒現(xiàn)象。根據(jù)斷口的形貌町斷定該齒輪的斷裂為高應力作用下引起的快速斷裂。主動齒輪心部斷口基本為韌窩，被動齒倫具有準解理斷裂形貌，說明主動齒輪韌性較好，但強度較低。顯微硬度證實了主動齒輪碩度較被動齒輪低。兩只齒輪滲碳層屮均有網狀滲碳體析出，這將使表層韌性較低，致使在運轉過程經受不了啟動沖擊應力的作川。本次斷裂事故是市主動齒輪先斷裂，進而引起被動齒輪崩齒，故在被動齒輪上還能看到碰傷的痕跡。因此，可以認為齒輪失效的原因為滲碳工藝控制不當（熱處理不當）而引起斷齒。變速箱一扌當齒輪發(fā)牛斷齒后的

5、宏觀實物如圖3所示。主動齒輪及被動齒輪斷齒后的宏觀斷口形貌見圖4所示。圖象說明：圖3OPI圖4OPI變速箱齒輪發(fā)生斷齒后的宏觀實物形貌。圖象說明:被動齒輪的斷口形貌。沿齒根斷裂，斷口形貌與主動齒輪斷口相似，斷齒附近兒個齒不同程度都發(fā)生小塊崩裂及碰傷。3.車床變速箱齒輪失效發(fā)牛失效齒輪的車床為H本制造，齒表層為滲碳處理，使用已達30多年，使用過程中發(fā)牛斷齒現(xiàn)彖，事故現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)在加工工件時切削進刀量過大。斷口形貌如圖5所示。齒輪斷口屬于高應力作用卜的快速斷裂。齒根邊緣斷口呈現(xiàn)韌窩和沿晶斷裂特征，是與滲碳層中沿晶析出的碳化物及晶

6、界處碳濃度較高有關。對微觀組織與材料檢查結果均屬正常。對損壞齒輪進行檢驗分析后可以斷定，所有斷齒斷口都屬本次事故中形成的新裂紋。而對現(xiàn)場檢杳結果發(fā)現(xiàn)，工件上留有相當多的、很深的切削車刀痕，rh此町說明，齒輪主耍是rh于制造工藝不當，引起應力集中而破斷。圖5OPI圖象說明：齒輪斷口宏觀形貌。整只齒輪有7個斷齒，裂源均產生于齒根，斷口邊緣兩側較平坦，中間錢粗糙，并能觀察到小刻血特征。前6個齒的宏觀形貌基本相同，第7齒可觀察到塑性變形特征，其形貌呈剪切唇狀。4.L?B號遠洋貨輪變速箱齒輪軸的斷裂失效進口新造遠洋貨輪從試航到服役共運

7、行三十六天，在正常航行途中，于1986年12刀19日突然發(fā)牛變速箱齒輪軸斷裂。齒輪部分直徑為*=500mm,齒寬360mm,齒輪軸在齒輪中間部位沿徑向斷成兩截。齒輪軸材料為20CrMnMo鋼。根據(jù)國外制造廠家提供資料，齒輪軸為整體鍛造而成,表面經硬化處理。其斷裂部位見圖6,宏觀斷口全貌見圖7。據(jù)此可見，齒輪軸是疲勞斷裂,明顯的疲勞痕在牙齒上，見圖8,它是圖7大箭頭a所指牙齒的放大。齒輪軸斷裂主要在丁-材料本身質量不良所致。冶金缺陷如未經鍛合的鑄造內裂，組織偏析，夾雜物沿晶分布，都是造成零件脆斷的主要因素。牙齒表面合金化處理時

8、，淬火后回火不足之紐織應力，熱處理時的熱應力未充分消除也是引起裂紋的重要因素。未經消除的鑄造缺陷在內外應力作用下，容易成為擴展裂紋，故牙齒部分首先產牛疲勞，再加上齒輪軸內部存在的多達百條內裂紋，因此迅速發(fā)牛I瞬間脆斷。圖象說明：斷裂部位如口色箭頭所指。黑分重約2噸。圖60PI0.1X斷裂。