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齿轮减速机损坏状况分析

2022-02-17

齿轮减速机齿条疲劳断裂发生在低速级齿轮付。观察整个齿轮啮合情况（以1997年1月份一次为例），发现啮合齿轮由于接触疲劳失效出现齿条大面积点蚀现象，斑点密集，个别片蚀凹坑宽度为10～15mm.其中间过渡齿轮轴剥落2条（编号为1号，2号），低速轴大齿轮剥落2条（编号为3号，4号）。观察剥落掉的四个齿条断裂情况：其中2，3，4号为深灰色韧性纤维状断口，啮合节圆上有明显压痕，分析为1号齿条先剥落，产生挤压导致2，3，4号齿条被动断裂，断口为超负载运行而引发的疲劳失效断齿的正常断口组织。而1号齿条表面呈浅灰色，平滑有光泽，断齿为穿晶断裂的解理断口，是不正常的脆性断口。
　　212对剥落的齿条进行理化分析。
　　21211硬度检查根据齿条剥落的情况，在齿条的齿顶表面位置和齿条中间芯部位置进行洛氏硬度（HRC）测定。
　　轴齿轮适中（工艺规范为HRC56～62），内外差异是属于齿表面渗碳淬火处理后的正常情况。
　　21212化学成分分析对四个齿条的齿表面及芯部不同位置取样进行化学成分分析。
　　从化验结果可知，材料芯部成分还是比较均匀的，齿顶部含碳量偏高是由于齿面进行了渗碳处理，不同的是中间齿轮轴渗碳量高了一些。
　　21213低倍组织检查由于问题发生在中间齿轮轴上，因此对该轴进行横向切片，做低倍酸洗宏观检查。如图所示，中心疏松区域偏移左方23的区域，并微微可见方框形偏析。而右方偏析状重于左侧，在边沿有三个空洞，可分析为是内夹杂经切削酸洗后留下的痕迹。而左侧五个齿的表面接触状况良好，有轻微的点蚀现象，经过运转跑合后，接触面扩大，接触应力相应降低，点蚀停止发展，是允许的停留性点蚀。而有问题的第八齿（即1号齿条）正好在右侧，这也是反映出作为齿轮轴的材料，在锻打压力加工制造过程中，圆钢中心线偏移或原材料进厂切头不足造成的。
　　21214金相显微组织检查仅取1号样做金相组织分析，观察到其氧化物215级，硫化物310级，有硅酸盐夹杂两处，很显然非金属夹杂物是不合格的（标准规范≤215级）。
从以上分析可知，齿轮减速机中间齿轮轴（20CrMnTi）材料质量有问题，内部成分不均，加工制造过程及热处理过程不当等综合因素造成显微晶面裂纹。超负载运行时，微观裂纹穿晶扩展，导致宏观裂变，造成齿条断裂。其光亮断口，也可证实这一点。
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