汽车齿轮断裂失效分析.pdf

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1、第３９卷第６期Ｖｏｌ畅３９Ｎｏ畅６２０１４年６月ＨＥＡＴＴＲＥＡＴＭＥＮＴＯＦＭＥＴＡＬＳＪｕｎｅ２０１４汽车齿轮断裂失效分析杨峰（徐州工程学院机电工程学院，江苏徐州２２１００８）摘要：针对汽车齿轮运行过程中发生断齿现象，运用光学显微镜、扫描电镜观察了齿轮断口的宏观及微观形貌，并对齿轮截面渗碳层硬度分布进行测定。结果表明，在外载作用下，齿轮表面产生应力集中造成齿面次表层局部损伤并出现微裂纹，裂纹扩展以及齿面碾压，造成表面渗层剥落，心部存在的铁素体组织，降低其心部硬度，导致齿轮断裂失效。关键词：齿轮；断裂；失效分析中图分类号：

2、TG115文献标志码：A文章编号：0254-6051（2014）06-0155-03FracturefailureanalysisofmotorgearＹａｎｇＦｅｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｕｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＸｕｚｈｏｕＪｉａｎｇｓｕ２２１００８，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｔｏｏｔｈｂｒｏｋｅｎｉｎｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｇｅａｒ，ｔｈｅｍｉ

3、ｃｒｏａｎｄｍａｃｒｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｆａｉｌｅｄｇｅａｒｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳＥＭ，ａｎｄｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｕｒｉｚｅｄｌａｙｅｒｏｆｔｈｅｆａｉｌｅｄｇｅａｒｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｌｏａｄ，ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｃｃｕｒｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｇｅａｒ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｉｎｌｏｃａｌｄａ

4、ｍａｇｅａｎｄｃｒａｃｋｏｆｔｈｅｇｅａｒｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅｎｔｈｅｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎａｎｄｔｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅｓｐａｌｌｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｅｈａｒｄｎｅｓｓｌｏｗｅｒｄｕｅｔｏｆｅｒｒｉｔｅａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ａｌｌｔｈｅｓｅｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｇｅａｒｆｒａｃｔｕｒｅ．Keywords：ｇｅａｒ；ｆｒａｃｔｕｒｅ；ｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓ某车桥在工作过程中发生故障，检查发现其中某齿宽约１／２。试样Ａ为完整未断裂轮齿，但表面有明显轮出现表面剥落和断齿现象。齿轮材料为２０ＣｒＭｏ

5、Ｔｉ啮合划擦后痕迹；试样Ｂ和试样Ｃ有不同程度的断钢，齿轮模数为５ｍｍ，齿轮最大直径矱９５ｍｍ，经渗碳淬裂，且整个断口平坦光滑，断口因反复啮合磨得光滑，火和低温回火处理，使齿轮表面具有较高的硬度和耐无剪切唇，部分断裂区附件表面有微裂纹存在。磨性，同时保持心部具有良好的韧性。技术要求渗层对图１中切样Ｂ轮齿方框区域的断面进行ＳＥＭ有效硬化层深度为１．３～１．７ｍｍ，表面硬度为５８～形貌分析，如图２所示。断口表面平滑，且具有碾压过６３ＨＲＣ，心部硬度为３０～４０ＨＲＣ。齿轮在运行阶段的痕迹，所呈现的波纹形态为裂纹扩展时循环碾压积［１

6、］出现断裂属非正常情况，对其断裂原因进行分析有助累的结果。可见齿轮断裂是由于长期在较高的接于避免此类事故的再发生。触应力作用下引起疲劳裂纹的扩展造成。1．2化学成分分析１理化检验与结果用ＯｘｆｏｒｄＭａｓｔｅｒＰｒｏ直读光谱仪对失效齿轮进行1．1断口分析化学成分分析，见表１，各元素成分符合ＧＢ／Ｔ３０７７—失效齿轮的１７个齿中有连续４个齿接近整体剥１９９９枟合金结构钢枠中２０ＣｒＭｏＴｉ钢的成分要求。落，另有３个齿出现局部破损。为了方便样品分析测表1失效齿轮化学成分（质量分数，％）试，对齿轮进行切割，得到３个断齿试样Ａ、Ｂ和

7、Ｃ，如Table1Chemicalcompositionofthefailedgear（wt％）图１。齿轮表面有明显的油污，将齿轮剥落断口用丙试样ＣＳｉＭｎＣｒＴｉ酮清洗后进行宏观断口观察，轮齿多从啮合分度圆处测量值０．２１９０．２７１０．８６５１．０６００．０７１６破损、断裂，剥落部分约占齿高的１／２，断裂齿宽占齿标准值０．１７～０．２３０．１３～０．３７０．８０～１．１０１．００～１．３００．０４～０．１０1．3硬度分析收稿日期：２０１３-１２-１５基金项目：徐州工程学院２０１２年度科研项目（ＸＫＹ２０１２３１２）；江苏

8、省大由于断齿部分无法进行检测，硬度测试在轮齿部型工程装备检测与控制重点建设实验室资助项目分保存较好的切样Ａ上进行。选取齿轮的齿顶、分度作者简介：杨峰（１９８０—），男，讲师，硕士，主要从事金属构件失效分圆和齿根位置，沿着垂直表面切线方向，每隔０．４ｍｍ析及耐磨材料的研究，Ｅ-ｍａｉｌ：ｃｕ