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齒輪減速機損壞狀況分析

2022-02-17

齒輪減速機齒條疲勞斷裂發生在低速級齒輪付。觀察整個齒輪嚙合情況（以1997年1月份一次為例），發現嚙合齒輪由于接觸疲勞失效出現齒條大面積點蝕現象，斑點密集，個別片蝕凹坑寬度為10～15mm.其中間過渡齒輪軸剝落2條（編號為1號，2號），低速軸大齒輪剝落2條（編號為3號，4號）。觀察剝落掉的四個齒條斷裂情況：其中2，3，4號為深灰色韌性纖維狀斷口，嚙合節圓上有明顯壓痕，分析為1號齒條先剝落，產生擠壓導致2，3，4號齒條被動斷裂，斷口為超負載運行而引發的疲勞失效斷齒的正常斷口組織。而1號齒條表面呈淺灰色，平滑有光澤，斷齒為穿晶斷裂的解理斷口，是不正常的脆性斷口。
　　212對剝落的齒條進行理化分析。
　　21211硬度檢查根據齒條剝落的情況，在齒條的齒頂表面位置和齒條中間芯部位置進行洛氏硬度（HRC）測定。
　　軸齒輪適中（工藝規范為HRC56～62），內外差異是屬于齒表面滲碳淬火處理后的正常情況。
　　21212化學成分分析對四個齒條的齒表面及芯部不同位置取樣進行化學成分分析。
　　從化驗結果可知，材料芯部成分還是比較均勻的，齒頂部含碳量偏高是由于齒面進行了滲碳處理，不同的是中間齒輪軸滲碳量高了一些。
　　21213低倍組織檢查由于問題發生在中間齒輪軸上，因此對該軸進行橫向切片，做低倍酸洗宏觀檢查。如圖所示，中心疏松區域偏移左方23的區域，并微微可見方框形偏析。而右方偏析狀重于左側，在邊沿有三個空洞，可分析為是內夾雜經切削酸洗后留下的痕跡。而左側五個齒的表面接觸狀況良好，有輕微的點蝕現象，經過運轉跑合后，接觸面擴大，接觸應力相應降低，點蝕停止發展，是允許的停留性點蝕。而有問題的第八齒（即1號齒條）正好在右側，這也是反映出作為齒輪軸的材料，在鍛打壓力加工制造過程中，圓鋼中心線偏移或原材料進廠切頭不足造成的。
　　21214金相顯微組織檢查僅取1號樣做金相組織分析，觀察到其氧化物215級，硫化物310級，有硅酸鹽夾雜兩處，很顯然非金屬夾雜物是不合格的（標準規范≤215級）。
從以上分析可知，齒輪減速機中間齒輪軸（20CrMnTi）材料質量有問題，內部成分不均，加工制造過程及熱處理過程不當等綜合因素造成顯微晶面裂紋。超負載運行時，微觀裂紋穿晶擴展，導致宏觀裂變，造成齒條斷裂。其光亮斷口，也可證實這一點。

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