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首页 » 新闻动态 » 汽车主从动锥齿轮的失效分析发布时间:2016-01-14
主从动锥齿轮是传递运动和动力的重要零件,由于汽车运行环境同,因此有多种不同的失效形式,失效类型由失效齿轮的形貌和失效过程或机理确定的,失效机理确定后,就可以确定失效原因,提出相应的对策。
齿轮失效类型可以分为四大类:磨损、表面疲劳、塑性变形和折断。每一大类还可细分为几类,进而使分类更加精细和明确辨别特征,失效的类型,失效的特征、部位及对策具体见下说明。齿轮的失效损伤除了以上类型和特征外,还可有其他形式的损伤,如随机断裂、各种材质缺陷造成的损伤、加工工艺不当造成的淬火裂纹、磨削裂纹等,此类损伤在加工过程中加强质检是可以避免的。
一、齿轮失效的类型
1、磨损:轻微磨损、中等磨损、过度磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、轻微胶合、中等胶合、破坏性胶合、局部胶合
2、表面疲劳:早期点蚀、破坏性点蚀、剥落
3、塑性变形:碾击塑变、鳞皱、起脊、齿面塑变
4、折断:疲劳折断、过载折断
二、齿轮损伤特征、原因及对策
特征 |
原 因 |
对 策 |
磨损:齿轮在啮合过程中,轮齿接触表面材料的摩擦损耗现象 |
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轻微磨损:接触表面上的微凸体逐渐磨平,直至出现非常光滑的表面为止 |
轮齿接触表面的粗糙度与润滑粘度、齿面工作速度、工作载荷不匹配 |
可适时更换润滑剂 |
中等磨损:节线上下齿面材料都有一定磨损,节线位置呈现出一条近于连续的线 |
齿轮在边界润滑状态下工作,润滑系统中有小量的污染杂质 |
提高润滑油粘度、降低油温,加入适当的添加剂,加强油液清洁度管理 |
过度磨损:齿廓形状破坏,磨损率很高,节线附近有点蚀,传动有噪音和振动 |
润滑系统和密封装置不良,系统有严重振动、冲击载荷 |
对污染杂质增设过滤装置,适时更换润滑油 |
磨粒磨损:轮齿接触表面沿滑动方向有较均匀的条痕,多次磨擦条痕重叠 |
齿面间异物引起磨粒磨损,在开式齿轮传动中更为严重 |
改善润滑方式,提高润滑油粘度,提高工作速度,减轻载荷跑合后注意清洗,适时换油,开式齿轮箱采取适当防护 |
腐蚀磨损:齿面上呈现均匀分布的腐蚀麻坑,齿面沿滑动方向伴有腐蚀痕迹 |
轮齿材料发生电化学反应,由磨擦、冲刷形成腐蚀磨损,高温时极压添加剂形成磨蚀介质 |
防止油液污染,添加剂的成分和含量适当,建立合理的工艺规程 |
胶合:相啮合的齿面金属,在一定压力下直接发生粘着,随着齿面的相对运动,使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着磨损现象 |
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轻微胶合:靠近齿顶或齿根的齿面上沿滑动方向有极轻微而细密的伤痕(一条喑带),有时要借助显微镜才能见到痕迹 |
运转初期润滑条件与工作情况不协调,或轻微干涉存在而引起 |
控制起动过程的润滑及载荷,排除干涉的起因 |
中等胶合:齿顶部、齿根部均有滑动方向的粘撕伤痕,较软齿面更明显 |
齿轮啮合处局部温度过高,破坏润滑油膜 |
降低油温,使用极压添加剂的润滑油,降低齿面表面粗糙度,降低载荷及速度 |
破坏性胶合:沿滑动方向呈现明显粘撕痕迹,齿顶有明显的材料移失迹象,齿廓毁坏 振动 噪音增大 |
润滑不充分,工作温度过高,齿面接触应力或速度过高引起的过热 |
保证一定条件下良好的润滑,采用极压或特殊高粘度的润滑油 |
局部胶合:局部区域有齿面胶合的现象,并不延伸、扩展 |
由于安装制造误差,引起载荷集中,鼓形齿修形量过大,齿宽较大,局部温升引起变形 |
安装精度适当,修形量适当散热应均匀,油的冷却与供油部位应适当 |
点蚀 齿面呈点状的齿面疲劳损伤 |
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早期点蚀:有较小,数量不多的麻点 |
啮合齿面局部过载,齿形误差,齿面凸凹不平,轴线歪斜造成偏载 |
提高齿形精度,精心跑合 |
破坏性点蚀:靠近节线的齿根表面上,麻点不断扩展,噪声增大 |
齿面接触应力过大,节线附近滑动速度方向变化,油膜不易形成 |
提高齿面硬度,降低粗糙度,改善润滑 |
剥落 齿面上材料成片状剥离 |
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剥落:形状不规则的片状剥落坑,较浅平而大的坑 |
硬齿面上过高的接触应力作用,疲劳裂纹扩展形成,材料缺陷,齿面软硬的过度层中裂纹的延伸扩展 |
承载力不足应考虑重新设计,提高轮齿芯部硬度,减小应力集中 |
塑性变形:在过大应力作用下,轮齿材料因屈服产生塑性流动,而形成齿面和齿体的变形 |
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碾击塑变:在齿顶棱和齿端出现飞边,齿顶滚圆,节线附近有沟槽、脊棱 |
滚碾冲击作用,接触应力过高,轮齿材料硬度过低,动载荷太大以及润滑不良 |
减小接触应力,提高材料硬度,降低动载荷,采用极压添加剂和高粘度润滑油,保证制造,安装精度 |
鳞皱:齿面塑变呈鱼鳞状皱纹,并垂直于滑动速度方向 |
润滑不良及高压强作用,齿面爬行的结果,低速度,振动引起齿面塑性流动 |
提高齿面硬度,改善润滑,提高速度,控制齿面的振动 |
起脊:整个工作齿面上沿滑动方向形成明显的脊棱 |
常发生在重载的蜗杆传动中,准双曲线齿轮传动中,高接触应力和低滑动速度不良润滑材料的塑性流动 |
提高材料的硬度,采用粘度大,有极压添加剂的润滑油,保证润滑油的清洁度 |
齿体塑变:轮齿歪扭,齿形剧变,硬齿面轮齿伴有变色现象 |
润滑失常造成剧烈温升引起轮齿热塑变形,过大载荷引起冷塑变形 |
充分的润滑,提高润滑油的粘度,对冷塑变形应提高材料的屈服极限 |
轮齿折断:齿轮一个或多个齿的整体或局部断裂 |
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疲劳折断:起源于齿根处的疲劳裂纹扩展造成的断齿 |
高的交变应力多次作用的结果,齿根圆角半径过小,表面粗糙度过高,滚切加工时有损伤,材料中有夹杂物,残余应力影响 |
修改齿轮几何参数,降低齿根表面粗糙度,正确的喷丸处理,适当的热处理消除残余应力 |
过载断齿:断口较粗糙,无疲劳断裂的特征 |
短时意外过载造成严重应力集中,动载荷过大,较大硬质异物进入啮合处 |
避免突然的意外过载,设置安全装置 |