【精品】齒輪失效分析實(shí)例.doc

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1、齒輪失效分析實(shí)例齒輪是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一?種機(jī)械零件。齒輪的類型以及特點(diǎn)不僅可決定齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，并且也決定了它迅否會(huì)過(guò)早地失效。齒輪失效的類型可劃分為四種：(1)磨損失效，是指輪齒接觸表面的材料損耗；(2)表面疲勞失效，是指接觸表面或表面下應(yīng)力超過(guò)材料疲勞極限所引起的材料失效。進(jìn)一步又可分為初始點(diǎn)蝕、毀壞性點(diǎn)蝕和剝落。(3)犁性變形失效，是指在重載荷作用下表面金屬屈服所造成的衣面變形。它又可進(jìn)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(gè)輪齒或輪齒相當(dāng)大的一部分發(fā)生斷裂。可以進(jìn)一步分為疲勞

2、折斷、磨損折斷、過(guò)載折斷、淬火或磨削裂紋引起的折斷等。本章主耍介紹變速箱齒輪及被動(dòng)齒輪的失效分析實(shí)例，供讀者參考。變速箱齒輪失效分析1.45號(hào)鋼齒坯裂紋分析45號(hào)鋼齒坯，111*80mm圓鋼落料后直接粗車成外徑為*78mm的柱體形狀。英化學(xué)成分為：C：0.49%,Mn:0.68%,Crv0.2%。熱處理工藝過(guò)程：在X—45箱式電爐中加熱,到溫度(82CTC)裝爐，裝爐量109只，保溫時(shí)間為一小時(shí)(工件達(dá)到溫度后計(jì)算時(shí)間)，工件用鹽水冷卻(冷卻液不循環(huán))，水溫20?30°C。冋火溫度為520?53O°C(零件淬火后

3、隔天冋火)。經(jīng)車削后，發(fā)現(xiàn)零件內(nèi)孔平面和內(nèi)孔上有較多裂紋，如圖1和2所示。圖10PI圖象說(shuō)明：冬件實(shí)物經(jīng)SM-3R型滲透劑著色探傷后宏觀形貌.經(jīng)肉眼與放大鏡觀察，在齒坯內(nèi)孔平而與內(nèi)孔中有距離大致相等的5?6處較長(zhǎng)的裂紋，裂紋均山內(nèi)孔之平面與孔交界處為起始分別向內(nèi)孔壁與平面擴(kuò)展；內(nèi)孔平面上和內(nèi)孔交界處加工紋路明顯且尖銳n圖象說(shuō)明：內(nèi)孔平面試樣作金相觀察，有數(shù)條裂紋交叉分布，其內(nèi)充滿氧化皮夾雜。其微觀裂紋長(zhǎng)度不等，分別為0.63mm,0.29mm,0.23mm及0.19等。2?汽車變速箱齒輪失效失效齒輪為載重汽車變速

4、箱-擋齒輪，山滲碳鋼制造，在進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求就發(fā)生斷齒現(xiàn)象。根據(jù)斷口的形貌可斷定該齒輪的斷裂為高應(yīng)力作用下引起的快速斷裂。主動(dòng)齒輪心部斷口基本為韌'禽，被動(dòng)齒輪具有準(zhǔn)解理斷裂形貌，說(shuō)明主動(dòng)齒輪韌性較好，但強(qiáng)度較低。顯微碩度證實(shí)了主動(dòng)齒輪硬度較被動(dòng)齒輪低。兩只齒輪滲碳層屮均有網(wǎng)狀滲碳體析出，這將使農(nóng)層韌性較低，致使在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程經(jīng)受不了啟動(dòng)沖擊應(yīng)力的作用。本次斷裂事故是山主動(dòng)齒輪先斷裂，進(jìn)而引起被動(dòng)齒輪崩齒，故在被動(dòng)齒輪上還能看到碰傷的痕跡。因此，可以認(rèn)為齒輪失效的原因?yàn)闈B碳工藝控制不當(dāng)(熱處理不當(dāng))而引

5、起斷齒。變速箱一扌當(dāng)齒輪發(fā)生斷齒后的2：觀實(shí)物如圖3所示。主動(dòng)齒輪及被動(dòng)齒輪斷齒后的宏觀斷II形貌見圖4所示。圖象說(shuō)明：變速箱齒輪發(fā)生斷齒后的宏觀圖3OPI圖4OPI實(shí)物形貌。圖象說(shuō)明:被動(dòng)齒輪的斷口形貌。沿齒根斷裂，斷口形貌與主動(dòng)齒輪斷口相似，斷齒附近兒個(gè)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)生失效齒輪的車床為日本制造，齒表層為滲碳處理，使用己達(dá)3()多年，使用過(guò)程中發(fā)生斷齒現(xiàn)象，事故現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)在加工工件時(shí)切削進(jìn)刀量過(guò)大。斷口形貌如圖5所示。齒輪斷口屈于高應(yīng)力作用下的快速斷裂。齒根邊緣斷口呈

6、現(xiàn)韌駕和沿晶斷裂特征，是與滲碳層中沿晶析出的碳化物及晶界處碳濃度較高有關(guān)。對(duì)微觀組織與材料檢查結(jié)果均屈止簾。對(duì)損壞齒輪進(jìn)行檢驗(yàn)分析后可以斷定，所有斷齒斷口都屈本次事故中形成的新裂紋。血對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，工件上留有相當(dāng)多的、很深的切削車刀痕，山此可說(shuō)明，齒輪主耍是ill于制造工藝不當(dāng)，引起應(yīng)力集中血破斷。圖象說(shuō)明：齒輪斷口宏觀形貌。整只齒輪有7個(gè)斷齒，裂源均產(chǎn)生于齒根，斷口邊緣兩側(cè)較平坦，中間較粗糙，并能觀察到小刻面特征。前6個(gè)齒的宏觀形貌基本相同，第7齒可觀察到蜩性變形特征，其形貌呈剪切唇狀。圖5OPI4.L?

7、B號(hào)遠(yuǎn)洋貨輪變速箱齒輪軸的斷裂失效進(jìn)口新造遠(yuǎn)洋貨輪從試航到服役共運(yùn)行三十六天，在止常航行途中，于1986年12月19日突然發(fā)生變速箱齒輪軸斷裂。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(guó)外制造廠家提供資料，齒輪軸為整體鍛造而成，表面經(jīng)硬化處理。英斷裂部位見圖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。齒輪軸斷裂主要在于材料本身質(zhì)昴不良所致。冶金缺陷如未經(jīng)鍛合的鑄造內(nèi)裂

8、，紐織偏析，夾雜物沿晶分布，都是造成零件脆斷的主要因素。牙齒衣面合金化處理時(shí)，淬火后冋火不足之紐織應(yīng)力，熱處理時(shí)的熱應(yīng)力未充分消除也是引起裂紋的重耍因素。未經(jīng)消除的鑄造缺陷在內(nèi)外應(yīng)力作用下，容易成為擴(kuò)展裂紋，故牙齒部分首先產(chǎn)生疲勞，再加上齒輪軸內(nèi)部存在的多達(dá)方條內(nèi)裂紋，因此迅速發(fā)生瞬間脆斷。圖象說(shuō)明：斷裂部位如白色箭頭所指。黑使牙齒部分變形歪扭、斷裂n斷裂分重約2噸。圖6