减速箱齿轮断裂分析

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某厂5台减速箱均由美国杆 FALK公司制造。在 2011年 6月 14日，其中 1台减速箱发生故障，值班人员检查后发现该减速箱中间齿轮轴输出端齿轮4处断齿和2处麻点剥落。另外2011年 5月 1日检查时，同样发现另 1台减速箱中间齿轮轴输出端齿轮 1处断齿。为了找到减速箱中间齿轮轴输出端齿轮断齿原因，某厂取样对减速箱中间齿轮轴输出端齿轮断齿原因进行分析。

1 试验与检测1.1 宏观检验减速箱断裂齿轮是减速箱中问齿轮轴的输出端齿轮。输出端的齿轮在齿的表面存在有麻点剥落、潜层剥落和硬化层剥落 3种异常状态。从断裂齿轮断口宏观形貌来分析，可以明显看出整个断口分为 3个区域，即：①裂纹的萌生区：约占断口的 10%，此区域在齿轮的近表面，使用低倍放大镜可以看出该区域表面比较光滑、基本看不到裂纹发展的贝纹线；②裂纹发展区：约占断口50%的区域属于裂纹的发展区，在此区域有非常明显的贝纹线，说明裂纹在这-区域发展的速度比较快；③最终断裂区：约占断口的40%此区域为灰色粗糙面，属于脆性断裂，最终断裂区域的面积比例大，可以分析出齿轮根部的应力水平相对也高。

1.2 金相组织检验1)对未断裂齿横向取样进行金相组织检验，渗层组织细针状马氏体，心部组织低碳马氏体少量铁素体，碳化物为弥散状碳化物；测量渗层深度为3.2ram。

2)对断裂齿横向取样进行金相组织检验，渗层组织细针状马氏体，心部组织低碳马氏体少量铁素体，碳化物为弥散状碳化物；测量渗层深度为 3.5mm。

3)对断裂齿横向取样进行夹杂金相组织检验，评为 1.5级。

1.3 硬度测定未 断 裂 齿 齿 面 硬 度 测 定 值 57.9HRC、56.1HRC、55.8HRC， 心 部 硬 度 测 定 值33.7HRC、39.9HRC、34.6HRC； 断 裂 齿 齿面 硬 度 测 定 值 59.9HRC、60.1 HRC、58.8HRC，心部硬度测定值 34.7ttRC、38.8HRC、34.4 HRC(断裂齿取样并未是齿的正心部位置)。

建筑机械化2012(121 792 减速箱齿轮断裂原因分析从中间轴输出端齿轮齿面的宏观形貌可以看出，中间轴输出端的齿面有麻点剥落、潜层剥落和硬化层剥落 3种异常状态，说明齿轮在正常工作条件下齿面的接触状态有异常，造成齿面受力不均匀，在齿面的局部会形成应力集中现象。

造成接触状态异常的主要原因是减速箱安装时输入轴与中间轴、中间轴与输出轴的相对平行度控制不严，形成齿面接触状态有异常，尤其是对中间轴的影响最大，中间轴输出端的齿轮转速相对最高，单齿的受力也是最大。减速箱齿轮的齿面最终热处理状态为表面渗碳处理，渗碳后的渗层金相组织为细针状马氏体，马氏体组织本身的应力水平就比较高，在做表面渗碳处理的过程也会有不均匀性存在，包括渗层厚度、金相组织的均匀性、表面硬度值的差异，实测断齿的渗层厚度 3.5ram，最高表面硬度值 60.1HRC，未断齿的渗层厚度 3.2mm；最低表面硬度值55.8HRC，这样在齿轮加工后的原始状态齿面的应力水平也存在-定差异。

当减速箱处于工作状态齿面承受正常的工作载荷时，由于齿面的接触状态有异常，在齿面出现承载不均匀的情况，部分齿面的应力会远远大于平均应力，当这部分增加的应力与齿面固有的比较高的残余应力叠加时，会出现局部或个别接触点的应力大于齿轮材料的使用应力，长期运行后齿面就会发生失效损坏，根据超过材料使用应力的大小不同就会出现中间轴输出齿轮齿面有麻点剥落、潜层剥落和硬化层剥落3种异常状态。

当出现硬化层剥落时齿轮的受载能力下降会在剥落的边缘出现微裂纹，随着运行时间的增加，微裂纹也会随着时间而扩展，这就是齿轮断8O 2012(12)coNsTRucTIoN MEcHANlzATIoN裂的裂纹萌生区，在这个区域裂纹发展的速度很缓慢，裂纹受到反复的挤压，呈现出很光滑的断裂面▲-步增加运行时间后材料的承载能力会明显下降，裂纹的扩展速度加快，这就是裂纹的发展区，裂纹在这个区域发展速度逐渐加快，就会在断面出现明显的贝纹线且贝纹线的间距随裂纹尺寸的扩大而增加；在裂纹扩展区出现的阶梯状态是和设备运行的启动停止有关系，当设备静止后重新启动，齿轮的啮合状态会有-些微小的变化，使得裂纹在扩展期间出现阶梯状的改变。

3 结 论根据以上分析，减速箱中间轴齿轮断裂的主要原因如下。

1)减速箱输入轴与中间轴、中间轴与输出轴在安装时有平行度的偏差，造成齿面接触异常局部应力集中，长期运行后齿轮失效断裂。

2)减速箱齿轮齿面最终热处理渗碳后表面应力水平有差异，与接触异常的齿面集中应力叠加后，加快齿轮失效的速度。 固