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汽車主從動錐齒輪的失效分析

發布時間:2016-01-14

主從動錐齒輪是傳遞運動和動力的重要零件,由于汽車運行環境同,因此有多種不同的失效形式,失效類型由失效齒輪的形貌和失效過程或機理確定的,失效機理確定后,就可以確定失效原因,提出相應的對策。
齒輪失效類型可以分為四大類:磨損、表面疲勞、塑性變形和折斷。每一大類還可細分為幾類,進而使分類更加精細和明確辨別特征,失效的類型,失效的特征、部位及對策具體見下說明。齒輪的失效損傷除了以上類型和特征外,還可有其他形式的損傷,如隨機斷裂、各種材質缺陷造成的損傷、加工工藝不當造成的淬火裂紋、磨削裂紋等,此類損傷在加工過程中加強質檢是可以避免的。
一、齒輪失效的類型
1、磨損:輕微磨損、中等磨損、過度磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、輕微膠合、中等膠合、破壞性膠合、局部膠合
2、表面疲勞:早期點蝕、破壞性點蝕、剝落
3、塑性變形:碾擊塑變、鱗皺、起脊、齒面塑變
4、折斷:疲勞折斷、過載折斷
二、齒輪損傷特征、原因及對策

特征

原   因

對   策

磨損:齒輪在嚙合過程中,輪齒接觸表面材料的摩擦損耗現象

輕微磨損:接觸表面上的微凸體逐漸磨平,直至出現非常光滑的表面為止

輪齒接觸表面的粗糙度與潤滑粘度、齒面工作速度、工作載荷不匹配

可適時更換潤滑劑

中等磨損:節線上下齒面材料都有一定磨損,節線位置呈現出一條近于連續的線

齒輪在邊界潤滑狀態下工作,潤滑系統中有小量的污染雜質

提高潤滑油粘度、降低油溫,加入適當的添加劑,加強油液清潔度管理

過度磨損:齒廓形狀破壞,磨損率很高,節線附近有點蝕,傳動有噪音和振動

潤滑系統和密封裝置不良,系統有嚴重振動、沖擊載荷

對污染雜質增設過濾裝置,適時更換潤滑油

磨粒磨損:輪齒接觸表面沿滑動方向有較均勻的條痕,多次磨擦條痕重疊

齒面間異物引起磨粒磨損,在開式齒輪傳動中更為嚴重

改善潤滑方式,提高潤滑油粘度,提高工作速度,減輕載荷跑合后注意清洗,適時換油,開式齒輪箱采取適當防護

腐蝕磨損:齒面上呈現均勻分布的腐蝕麻坑,齒面沿滑動方向伴有腐蝕痕跡

輪齒材料發生電化學反應,由磨擦、沖刷形成腐蝕磨損,高溫時極壓添加劑形成磨蝕介質

防止油液污染,添加劑的成分和含量適當,建立合理的工藝規程

膠合:相嚙合的齒面金屬,在一定壓力下直接發生粘著,隨著齒面的相對運動,使金屬從齒面上撕落而引起嚴重的粘著磨損現象

輕微膠合:靠近齒頂或齒根的齒面上沿滑動方向有極輕微而細密的傷痕(一條喑帶),有時要借助顯微鏡才能見到痕跡

運轉初期潤滑條件與工作情況不協調,或輕微干涉存在而引起

控制起動過程的潤滑及載荷,排除干涉的起因

中等膠合:齒頂部、齒根部均有滑動方向的粘撕傷痕,較軟齒面更明顯

齒輪嚙合處局部溫度過高,破壞潤滑油膜

降低油溫,使用極壓添加劑的潤滑油,降低齒面表面粗糙度,降低載荷及速度

破壞性膠合:沿滑動方向呈現明顯粘撕痕跡,齒頂有明顯的材料移失跡象,齒廓毀壞 振動 噪音增大

潤滑不充分,工作溫度過高,齒面接觸應力或速度過高引起的過熱

保證一定條件下良好的潤滑,采用極壓或特殊高粘度的潤滑油

局部膠合:局部區域有齒面膠合的現象,并不延伸、擴展

由于安裝制造誤差,引起載荷集中,鼓形齒修形量過大,齒寬較大,局部溫升引起變形

安裝精度適當,修形量適當散熱應均勻,油的冷卻與供油部位應適當

點蝕 齒面呈點狀的齒面疲勞損傷

早期點蝕:有較小,數量不多的麻點

嚙合齒面局部過載,齒形誤差,齒面凸凹不平,軸線歪斜造成偏載

提高齒形精度,精心跑合

破壞性點蝕:靠近節線的齒根表面上,麻點不斷擴展,噪聲增大

齒面接觸應力過大,節線附近滑動速度方向變化,油膜不易形成

提高齒面硬度,降低粗糙度,改善潤滑

剝落 齒面上材料成片狀剝離

剝落:形狀不規則的片狀剝落坑,較淺平而大的坑

硬齒面上過高的接觸應力作用,疲勞裂紋擴展形成,材料缺陷,齒面軟硬的過度層中裂紋的延伸擴展

承載力不足應考慮重新設計,提高輪齒芯部硬度,減小應力集中

塑性變形:在過大應力作用下,輪齒材料因屈服產生塑性流動,而形成齒面和齒體的變形

碾擊塑變:在齒頂棱和齒端出現飛邊,齒頂滾圓,節線附近有溝槽、脊棱

滾碾沖擊作用,接觸應力過高,輪齒材料硬度過低,動載荷太大以及潤滑不良

減小接觸應力,提高材料硬度,降低動載荷,采用極壓添加劑和高粘度潤滑油,保證制造,安裝精度

鱗皺:齒面塑變呈魚鱗狀皺紋,并垂直于滑動速度方向

潤滑不良及高壓強作用,齒面爬行的結果,低速度,振動引起齒面塑性流動

提高齒面硬度,改善潤滑,提高速度,控制齒面的振動

起脊:整個工作齒面上沿滑動方向形成明顯的脊棱

常發生在重載的蝸桿傳動中,準雙曲線齒輪傳動中,高接觸應力和低滑動速度不良潤滑材料的塑性流動

提高材料的硬度,采用粘度大,有極壓添加劑的潤滑油,保證潤滑油的清潔度

齒體塑變:輪齒歪扭,齒形劇變,硬齒面輪齒伴有變色現象

潤滑失常造成劇烈溫升引起輪齒熱塑變形,過大載荷引起冷塑變形

充分的潤滑,提高潤滑油的粘度,對冷塑變形應提高材料的屈服極限

輪齒折斷:齒輪一個或多個齒的整體或局部斷裂

疲勞折斷:起源于齒根處的疲勞裂紋擴展造成的斷齒

高的交變應力多次作用的結果,齒根圓角半徑過小,表面粗糙度過高,滾切加工時有損傷,材料中有夾雜物,殘余應力影響

修改齒輪幾何參數,降低齒根表面粗糙度,正確的噴丸處理,適當的熱處理消除殘余應力

過載斷齒:斷口較粗糙,無疲勞斷裂的特征

短時意外過載造成嚴重應力集中,動載荷過大,較大硬質異物進入嚙合處

避免突然的意外過載,設置安全裝置