完整word版齿轮损坏的原因.docx
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完整word版齿轮损坏的原因
你应该综合考虑以下问题:
1.齿轮的材料是否达到要求
2.齿轮加工的精度是否达到要求,所以就要对齿轮的参数进行全面的检查齿形齿向,齿根扫描
3.轴承是否合格
4.热处理后齿根的硬度
5.是否发生根切
齿轮磨损可能存在的情况
1、材质问题
2、热处理问题
3、加工齿形不正确
4、受力偏载
5、过载或本身强度不够
6、润滑不好
齿轮损坏的主要原因大致分为：
磨损；起麻点、剥落、渗碳层碎裂；疲劳；撞击；波纹、起棱和冷变形。
大多数齿轮的损坏是因为齿轮载荷过大，或者因不正确的换档或操纵离合器引起撞击或震动载荷。
如果一个齿轮内部有缺陷，只有通过金相检查才能确定。
磨损
磨损是表面材料从齿轮上的去除。
它可能是缓慢的，如划伤，或是迅速的，如擦伤。
磨损有三种型式：
粘附磨损—由金属与金属接触，并且表面粘接到一起而后撕离所造成．原因可能是润滑油不足，或齿轮没有正确啮合。
磨料磨损―由外界颗粒，如灰尘和砂粒造成。
腐蚀磨损―由污染的润滑油或者添加剂产生的对齿轮表面的化学侵蚀。
图1是一种粘附型磨损，可能的起因是润滑油不足，或是齿轮啮合不正确。
图2中齿轮齿面的中等磨损使工作的节线变得清晰可见（箭头所指）。
这种磨损是由于润滑油中磨料引起的。
图3中齿轮因为润滑油不足在重压力下造成金属与金属直接接触而产生刻伤。
磨损表面上的水平线是节线（箭头所示）。
图4中刻伤的早期阶段在齿轮上部显示出斑点的渡霜似样式．损伤在这个阶段是轻微的。
图5重的刻伤发生在节线以上和以下，通常损伤会迅速发展致使齿轮不能使用。
图6是一种磨料磨损。
图7是一个特别严重的磨损，齿轮齿的大部分已经由于润滑油中磨料颗粒的积聚而磨掉。
图8是腐蚀磨损，由润滑油中的污染物或添加剂引起的。
图9所示的齿轮表面是因受化学作用而损伤的。
这种磨损将要继续下去，直到齿轮不能使用为止。
化学磨损是由污染的润滑油、润滑油的－混合物或添加剂造成的。
起麻点、剥落和渗碳层碎裂
起麻点是一种疲劳缺陷，当齿轮上有小颗粒从齿面脱落后出现。
当啮合齿轮的表面进入接触状态时，这些表面上的反复应力能造成麻点。
它们沿接触线开始，这里是配合零件的齿上压力最大的地方，一般是由于载荷过大造成的．疲劳裂纹常常在麻点区开始．剥落是麻点进一步发展的严重形式，齿轮的一部分可能裂掉。
渗碳层碎裂通常表现为沿齿面裂开的裂纹。
它常常是由过大的工作载荷造成的。
图10所示偏轴小齿轮中的“修正”麻点是由很小的坑穴组成的，这些坑穴不会发展到超过起初阶段的样子，并且常常会“痊愈”变好的。
图11中的麻点在螺旋面的外端（此图中齿轮的右边）开始，原因是中心线稍有失调，麻点慢慢地向齿的中部进展最后停止进展，表面开始抛光，表示载荷沿齿面分配变得更均匀了．这种麻点是无害的。
与上述相反，图12中所示有害的麻点是因载荷过大而造成的。
图13麻点毁坏齿轮的齿面。
图14中的麻点发生在齿根接触处，沉重的接触发生在麻点位置，因为超载荷齿没有正确啮合。
图15中的驱动小齿轮出现严重的麻点和剥落，轮齿彻底毁坏。
图16渗碳层（硬化的表面）压碎，表现在该锥形齿轮接触表面上是纵长的裂纹．主要的裂纹从渗碳层心部结构的深处开始，慢慢向表面延伸。
渗碳齿轮（用加热表面、转变成高碳钢而后淬火硬化的齿轮）渗碳层压碎的初始形式见图17左侧，最后的阶段见图17的右侧。
这个齿轮是由于超载荷造成的，需要作金相分析断定失效的可能原因。
疲劳
疲劳疲劳一般是由于重复的、过大的载荷造成的，它常常是在齿轮齿根或靠近齿根处断裂。
疲劳缺陷可能是从特别高的负荷造成的小裂纹开始，并且在正常使用状态下继续发展，直到齿轮失效
图18是齿轮的典型疲劳缺陷，其特点是有光滑的地方．它是由重的载荷或震动载荷（不正确的换档和操纵离合器）造成的。
图19所示齿轮有齿发生根部疲劳破坏。
图20是一个从齿根圆角伸展到齿轮中心孔的疲劳裂纹，需要金相的检查以确定造成缺陷的起因。
图21是在齿轮的若干齿上，由于重复的重载荷引起的断折的情况。
标有“A”字的齿看来是由于疲劳裂纹首先折断的（注意光滑、似夭鹅绒般的地带）。
图22是另一疲劳断折的情况。
箭头指明裂纹在断折处左边缘开始，那里有一个小坑，靠近齿受压侧啮合区的底部。
紧靠裂源（箭头指处）旁的地区受到充分的磨擦，说明裂纹起初发展缓慢。
图23所示为表面硬化齿轮（齿的外表面硬化）的疲劳断裂，开始于齿根处，出现在齿的两侧（箭头所指）向齿的中部发展会合。
可能需要进行冶金试验来断定缺陷的起因。
图24中行星齿轮的大部分齿顶已碎掉。
作业载荷产生的应力在这个点引起裂纹。
最后，可能是由于疲劳，这些裂纹继续发展，直到齿的表面。
如果这是在短的使用之后发生的，可能表面硬化深度过大，需要作金相检查来作出判断。
撞击
撞击缺陷一般地是由粗暴操纵产生的沉重载荷引起的。
通常发生在齿根或近齿根处，并断折的表面呈灰色粒状，没有缺陷发展过程的痕迹。
图25所示为渗碳齿轮齿角被敲坏和碎落的情况，齿角在破断之前受到重复的撞击，潜留下许多表面断折的特性。
多半是由于不正当的换档引起了这种缺陷。
图26所示硬化的齿轮为断面上呈现灰色颗粒状外观的典型的撞击缺陷。
它没有疲劳断折的光滑外观的特征。
这种缺陷多半是由于不止当的操纵离合器或不正当的换档造成的。
波纹、起棱和冷变形
波纹、起棱和冷变形较少发生，并且破坏性似乎也较小。
它们显示的是材料发生变化和表面变形的一种表面状态。
图27所示齿轮，表面上有波纹，是在硬化的偏轴伞齿轮上产生波纹的典型状态。
波纹一般出现在高载荷的齿轮上。
图28所示硬化齿轮起棱可能是由于超载荷造成的。
图29所示为中等硬度齿轮的冷变形推进阶段的情况。
这种齿轮比表面硬化的齿轮更易于产生冷变形。
材料己经翻卷到轮齿顶边之上，结果齿轮的齿型损坏。
重载荷多半是引起这种金属移动的原因。
图30所示为中等硬度齿轮由于碾压和敲击作用而造成的表面变形。
这个齿轮很可能是受到超载荷，并且在有了初步的损伤之后长期使用，造成表面敲坏。
齿轮用钢钢种C、Is、Man、Cr、Ni、Mo、Ti、42CrMo：
0.38-0.45、0.17-0.37、0.50-0.80、0.90-1.20、≤0.30、0.15-0.25。
20CrMnTiH：
0.17-0.23、0.17-0.37、0.80-1.10、1.0-1.30、≤0.30、0.04-0.10用途：
42CrMo：
强度、淬透性高、韧性好、淬火时变形小、高温时有高的蠕变强度和持久强度。
用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、压力容器齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹也可用于2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具，并且可以用于折弯机的模具等。
20CrMnTiH：
是性能良好的渗碳钢、淬透性较高、经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等。
正火后可切削性良好。
用于制造截面<30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件。
如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。
是18CrMnTi的代用钢。
广泛用作渗碳零件。
42CrMo热处理
退火760±10℃退火炉冷至400℃空冷。
HB220-230
正火860±10℃正火出炉空冷。
调质840±10℃淬水或油视产品型状复杂程度680-700度回火。
HB<217
调质840±10℃淬油再470度回火处理。
HRC41-45
调质840±10℃淬油再480度回火处理。
HRC35-45
调质850℃淬油再510度回火处理。
HRC38-42
调质850℃淬油再500度回火处理。
HRC40-43
调质850℃淬油再510℃回火处理。
HRC36-42
调质850℃淬油再560℃回火处理。
HRC32-36
调质860℃淬油再390度回火处理。
HRC48-52
三、硬度換算公式
1.肖氏硬度（HS）=勃式硬度（BHN）/10+12
2.肖式硬度（HS）=洛式硬度（HRC）+15
3.勃式硬度（BHN）=洛克式硬度（HV）
4.洛式硬度（HRC）=勃式硬度（BHN）/10-3
硬度換算表
HV
HRC
HBS
HV
HRC
HBS
HV
HRC
HBS
940
68
560
53
300
29.8
284
920
67.5
550
52.3
505
295
29.2
280
900
67
540
51.7
496
290
28.5
275
880
66.4
530
51.1
488
285
27.8
270
860
65.9
520
50.5
480
280
27.1
265
840
65.3
510
49.8
473
275
26.4
261
820
64.7
500
49.1
465
270
25.6
256
800
64
490
48.4
456
265
24.8
252
780
63.3
480
47.7
448
260
24
247
760
62.5
470
46.9
441
255
23.1
243
740
61.8
460
46.1
433
250
22.2
238
720
61
450
45.3
425
245
21.3
233
700
60.1
440
44.5
415
240
20.3
228
690
59.7
430
43.6
405
230
18
680
59.2
420
42.7
397
220
15.7
670
58.8
410
41.8
388
210
13.4
660
58.3
400
40.8
379
200
11
650
57.8
390
39.8
369
190
8.5
640
57.3
380
38.8
360
180
6
630
56.8
370
37.7
350
170
3
620
56.3
360
36.6
341
160
0
610
55.7
350
35.5
331
600
55.2
340
34.4
322
590
54.7
330
33.3
313
580
54.1
320
32.2
303
570
53.6
310
31
294
1提高承载能力和寿命，增加中心距。
中心距是决定齿轮副承载能力的主要参数之一,齿面接触应力与齿轮副的中心距成反比。
但往往受轧机结构尺寸的限制。
鉴于生产上为提高轧制速度,防止断辊,已将轧机最大辊径由540mm增加到580mm,因此按工艺要求将中心距由50Omm增大到540mm。
这样,既可使梅花接轴倾角减小,平缓冲击,降低磨损和噪音,又可延长其使用寿命。
合理选材。
对于重载齿轮必须采用强度高、淬透性好及具有良好综合机械性能的高合金钢才能满足要求。
由于该齿轮座工况恶劣、冲击大、负荷高,因此决定采用34CrNi3Mo优质齿轮钢。
采用中硬齿面调质技术。
齿面接触强度的承载能力与硬度的平方成正比,弯曲强度的承载能力与硬度的1次方成正比。
所以,提高齿面硬度是提高齿轮承载能力、延长使用寿命的有效途径。
国外渗碳淬火后磨齿的硬齿面技术已得到普遍应用。
从国内重载齿轮的发展方向看,调质齿轮已向中硬齿面发展。
以往的齿轮表面感应淬火处理会使轮齿变形,需要磨齿,成本高。
对于大模数齿轮,由于缺乏淬火设备,常用火焰淬火代替,淬火质量不易保证,从而使得齿轮出现早期点蚀和剥落,承载能力和寿命不高。
因此,决定采取中硬齿面调质最后精滚齿的齿轮制造技术,齿面硬度达到HB32o~350。
提高齿轮制造精度。
硬齿面齿轮跑合性差,因而在提高硬度的同时还必须提高其精度。
由于低精度高硬度的齿轮因应力集中等原因更易出现早期点蚀和剥落,致使承载能力和使用寿命都很低。
故新设计的齿轮轴中间留有退刀槽,以便采用滚齿加工来提高制造精度,使其达到8-8-7级。
应用齿轮修形新技术。
对齿轮进行齿形修缘（齿顶倒角）和齿向修形在国外已是成熟技术,应用广泛。
国内正在积极推广。
通过齿顶修缘可减少齿轮啮合时的撞击和噪音,提高抗胶合能力,齿向修形分为齿端倒角形和全齿面鼓形两种修形方法。
齿向修形可改善由于齿轮传动系统的弹性变形、热变形以及制造误差所渴睡的齿宽方向的不良接触和载荷不均。
经齿向修形的齿轮,其接触率显著提高。
选用新型润滑剂。
低速重载齿轮油膜形成条件差,必须选择粘度高、油性和极压性能好的润滑剂。
由于该齿轮座的齿面接触应力已高达800MPa以上,故此决定选用粘度高、具有良好极压耐磨性、抗乳化性、氧化安定性及防峨性能的N320极压工业齿轮油。
新增梅花头套热装到齿轴端,采用35crM。
合金钢调质处理后沿梅花头凹部进行表面淬火,并在凹部轴肩处增加圆弧过渡,减小应力集中,避免因梅花头过早损坏或断裂而使整根齿轮轴报废,也使梅花轴头无需经常焊补维修,较好地解决了强度较高的齿轮与梅花轴头磨损迅速的矛盾。
软齿面的齿轮承载能力较低，但制造比较容易，跑合性好，多用于传动尺寸和重量无严格限制，以及小量生产的一般机械中。
因为配对的齿轮中，小轮负担较重，因此为使大小齿轮工作寿命大致相等，小轮齿面硬度一般要比大轮的高。
硬齿面齿轮的承载能力高，它是在齿轮精切之后，再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理，以提高硬度。
但在热处理中，齿轮不可避免地会产生变形，因此在热处理之后须进行磨削、研磨或精切，以消除因变形产生的误差，提高齿轮的精度。
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