【精品】齿轮失效分析实例

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1、齿轮失效分析实例齿伦是传递运动和动力的一种机械零件。齿轮的类型以及特点不仅对决定齿轮的运转特性，并且也决定了它是否会过早地失效。齿伦失效的类熨可划分为四种：(1)磨损失效，是指伦齿接触表而的材料损耗；(2)表血疲劳失效，是指接触表血或表血下应力超过材料疲劳极限所引起的材料失效。进一步又可分为初始点蚀、毁坏性点蚀和剥落。(3)塑性变形失效，是指在觅载荷作用下表血金属屈服所造成的表血变形。它又对进一步分为压塌和飞边变形、波纹变形和沟条变形。(4)折断失效，是指整个轮齿或伦齿相当大的一部分发牛断裂。可以进一步分为疲劳折断、磨损折断

2、、过载折断、淬火或磨削裂纹引起的折断等。本章主要介绍变速箱齿轮及被动齿轮的失效分析实例，供读者参考。变速箱齿轮失效分析1.45号钢齿坯裂纹分析45号钢齿坯，由e80mm恻钢落料后直接粗车成外径为“78mm的柱体形状。其化学成分为:C：0.49%,Mn:0.68%,Crv0.2%。热处理工艺过程：在X—45箱式电炉中加热,到温度(820°C)装炉，装炉量109只，保温时间为一小时(工件达到温度后计算时间)，工件用盐水冷却(冷却液不循坏)，水温20~30°C。回火温度为520〜530°C(零件淬火后隔天回火)。经车削后，发现零件

3、内孔平面和内孔上有较多裂纹，如图1和2所示。图10PI图象说明：零件实物经SM-3R型渗透剂着色探伤后宏观形貌。经肉眼与放大镜观察，在齿坯内孔平血与内孔中有距离人致相等的5〜6处较长的裂纹，裂纹均山内孔之平面与孔交界处为起始分别向内孔壁与平面扩展；内孔平面上和内孔交界处加工纹路明显且尖锐。图象说明：内孔平面试样作金相观察，有数条裂纹交叉分布，其内充满氧化皮夹杂。其微观裂纹长度不等，分别为0.63mm,0.29mm,0.23mm及0.19等。图20MI200X2•汽车变速箱齿轮失效失效齿轮为载重汽车变速箱一扌为齿轮，由渗碳钢制

4、造，在进行台架试验时，未达到设计要求就发牛断齿现象。根据断口的形貌町断定该齿轮的断裂为高应力作用下引起的快速断裂。主动齿轮心部断口基本为韧窝，被动齿伦具有准解理断裂形貌，说明主动齿轮韧性较好，但强度较低。显微硬度证实了主动齿轮硕度较被动齿轮低。两只齿轮渗碳层屮均有网状渗碳体析出，这将使表层韧性较低，致使在运转过程经受不了启动冲击应力的作川。本次断裂事故是市主动齿轮先断裂，进而引起被动齿轮崩齿，故在被动齿轮上还能看到碰伤的痕迹。因此，可以认为齿轮失效的原因为渗碳工艺控制不当（热处理不当）而引起断齿。变速箱一扌当齿轮发牛断齿后的

5、宏观实物如图3所示。主动齿轮及被动齿轮断齿后的宏观断口形貌见图4所示。图象说明：图3OPI图4OPI变速箱齿轮发生断齿后的宏观实物形貌。图象说明:被动齿轮的断口形貌。沿齿根断裂，断口形貌与主动齿轮断口相似，断齿附近儿个齿不同程度都发生小块崩裂及碰伤。3.车床变速箱齿轮失效发牛失效齿轮的车床为H本制造，齿表层为渗碳处理，使用已达30多年，使用过程中发牛断齿现彖，事故现场检查发现在加工工件时切削进刀量过大。断口形貌如图5所示。齿轮断口属于高应力作用卜的快速断裂。齿根边缘断口呈现韧窝和沿晶断裂特征，是与渗碳层中沿晶析出的碳化物及晶

6、界处碳浓度较高有关。对微观组织与材料检查结果均属正常。对损坏齿轮进行检验分析后可以断定，所有断齿断口都属本次事故中形成的新裂纹。而对现场检杳结果发现，工件上留有相当多的、很深的切削车刀痕，rh此町说明，齿轮主耍是rh于制造工艺不当，引起应力集中而破断。图5OPI图象说明：齿轮断口宏观形貌。整只齿轮有7个断齿，裂源均产生于齿根，断口边缘两侧较平坦，中间钱粗糙，并能观察到小刻血特征。前6个齿的宏观形貌基本相同，第7齿可观察到塑性变形特征，其形貌呈剪切唇状。4.L・B号远洋货轮变速箱齿轮轴的断裂失效进口新造远洋货轮从试航到服役共运

7、行三十六天，在正常航行途中，于1986年12刀19日突然发牛变速箱齿轮轴断裂。齿轮部分直径为*=500mm,齿宽360mm,齿轮轴在齿轮中间部位沿径向断成两截。齿轮轴材料为20CrMnMo钢。根据国外制造厂家提供资料，齿轮轴为整体锻造而成,表面经硬化处理。其断裂部位见图6,宏观断口全貌见图7。据此可见，齿轮轴是疲劳断裂,明显的疲劳痕在牙齿上，见图8,它是图7大箭头a所指牙齿的放大。齿轮轴断裂主要在丁-材料本身质量不良所致。冶金缺陷如未经锻合的铸造内裂，组织偏析，夹杂物沿晶分布，都是造成零件脆断的主要因素。牙齿表面合金化处理时

8、，淬火后回火不足之纽织应力，热处理时的热应力未充分消除也是引起裂纹的重要因素。未经消除的铸造缺陷在内外应力作用下，容易成为扩展裂纹，故牙齿部分首先产牛疲劳，再加上齿轮轴内部存在的多达百条内裂纹，因此迅速发牛I瞬间脆断。图象说明：断裂部位如口色箭头所指。黑分重约2吨。图60PI0.1X断裂。