泰興減速機2018年9月15日訊  點蝕又稱接觸疲勞磨損，是潤滑良好的閉式傳動的常見失效形式之一。?齒輪在嚙合過程中，相互接觸的齒面受到周期性變化的接觸應(yīng)力的作用。若齒面接觸應(yīng)力超出材料的接觸疲勞極限時，在載荷的多次重復(fù)作用下，齒面會產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋；封閉在裂紋中的潤滑油的擠壓作用使裂紋擴大，最后導(dǎo)致表層小片狀剝落而形成麻點，這種疲勞磨損現(xiàn)象在齒輪傳動中稱為點蝕。節(jié)線靠近齒根的部位最先產(chǎn)生點蝕。潤滑油的粘度對點蝕的擴展影響很大，點蝕將影響傳動的平穩(wěn)性并產(chǎn)生沖擊、振動和噪音，引起傳動失效。??

點蝕又分為收斂性點蝕和擴展性點蝕。

• 收斂性點蝕指新齒輪在短期工作后出現(xiàn)點蝕痕跡，繼續(xù)工作后不再發(fā)展或反而消失的點蝕現(xiàn)象。收斂性點蝕只發(fā)生在軟齒面上，一般對齒輪工作影響不大。?

• 擴展性點蝕指隨著工作時間的延長而繼續(xù)擴展的點蝕現(xiàn)象，常在軟齒面輪齒經(jīng)跑合后，接觸應(yīng)力高于接觸疲勞極限時發(fā)生。硬齒面齒輪由于材料的脆性，凹坑邊緣不易被碾平，而是繼續(xù)碎裂成為大凹坑，所以只發(fā)生擴展性點蝕。嚴(yán)重的擴展性點蝕能使齒輪在很短的時間內(nèi)報廢。?

某重型車輛側(cè)減速器主動齒輪發(fā)生了早期失效，失效齒輪與行星轉(zhuǎn)向機相連，將全車動力傳遞到行動部分，是全車受載最大的齒輪，始終在大載荷、高轉(zhuǎn)速、多沖擊的復(fù)雜苛刻環(huán)境下工作。齒設(shè)計上采用整編為齒輪，傳動比為5.9，潤滑方式為油池飛濺潤滑，實效齒輪材料為18Cr2Ni4WA鋼，采用滲碳+淬火+低溫回火熱處理工藝。?

失效齒輪發(fā)生嚴(yán)重的接觸疲勞失效，使用壽命未達(dá)到規(guī)定時間。采用斷口分析、金相分析、硬?度測試及有限元接觸應(yīng)力分析等方法對齒輪進(jìn)行失效分析，查找該齒輪實效的原因（由于篇幅有限?以及結(jié)合自身知識面，僅列舉出端口分析和金相分析兩項結(jié)果）。?

通過對失效齒輪宏觀觀察發(fā)現(xiàn)．在嚙合受力齒面的節(jié)線附近靠近齒根一側(cè)，沿齒寬方向分布許多剝落坑，剝落坑附近有許多點蝕坑，這些點蝕剝落坑再吃款方向上基本連成一線，形成由點蝕剝落?坑組成的凹坑帶，基本與齒寬同長（圖1）。經(jīng)掃描電鏡觀察，失效齒輪的點蝕剝落坑帶上有較多面積在2mmz以上剝落坑，剝落坑最大深度為0.8mm，剝落坑底部有較淺的疲勞輝紋，底部大致與表面平行(圖2)。剝落坑側(cè)面一側(cè)大致與表面成45°角，另一側(cè)約垂直于表面，剝落部分一端與齒輪基體分離，形成懸臂梁(圖3)。通過對齒輪磨損面的分析，發(fā)現(xiàn)失效齒輪具有典型的接觸疲勞特征，?而且齒輪節(jié)線附近偏向齒根一側(cè)的接觸疲勞較為嚴(yán)重。

圖1 ：失效齒輪的形貌

圖2 ：失效齒輪的點蝕和剝落

圖3 ：剝落坑形貌

從失效齒輪輪齒部位取樣拋光．經(jīng)4％的硝酸酒精溶液腐蝕后，在Olympus金相顯微鏡下進(jìn)行觀察。試樣心部組織為低碳板條回火馬氏體及少量鐵素體(圖4)。滲碳層組織為高碳針狀回火馬氏體及少量殘余奧氏體，馬氏體針葉略微粗大(圖5)。按照J(rèn)B/T6141.3—1992《重載齒輪滲碳金相檢驗》標(biāo)準(zhǔn)評定，試樣心部組織為2～3級，滲碳層馬氏體組織為4級，符合要求。但試樣滲碳層中有?較細(xì)的白色網(wǎng)狀碳化物析出(圖6)，按照J(rèn)B／T6141.3—1992《重載齒輪滲碳金相檢驗》標(biāo)準(zhǔn)評定，試樣滲碳層碳化物為4.5級，不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。經(jīng)掃描電鏡觀察，白色網(wǎng)狀碳化物在滲碳層表面附近呈現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀(圖7)。至距表面1?mm處，白色網(wǎng)狀碳化物基本消失(圖8)。較細(xì)的白色網(wǎng)狀碳化物是齒輪在滲碳過程中由于冷卻速度較慢，奧氏體沿晶界析出細(xì)網(wǎng)狀二次滲碳體。這種白色網(wǎng)狀碳化物會削弱晶粒之間的結(jié)合強度，降低齒輪的抗接觸疲勞性能。

圖4 ：失效齒輪的心部組織

圖5 ：失效齒輪的滲碳層組織

圖6 ：網(wǎng)狀碳化物

圖7 ：網(wǎng)狀碳化物

圖8 ：無網(wǎng)狀碳化物組織

齒輪齒面疲勞點飾損壞主要是因為輪齒工作時，其工作齒面上的接觸應(yīng)力是隨時間而變化的脈動循環(huán)應(yīng)力。齒面接觸應(yīng)力超過材料的接觸極限應(yīng)力時，齒面表層會產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋。點蝕會使齒面減少承載面積，引起沖擊和噪音，嚴(yán)重時輪齒會折斷。根據(jù)損壞程度不同，點蝕可分為初始點蝕和破壞性點蝕。一般初始點蝕在齒輪磨合過程中可自行矯正或是擴展性的，一般不致構(gòu)成破壞，而破壞性點蝕及表面剝落一旦出現(xiàn)，隨著齒輪的繼續(xù)使用點蝕和剝落區(qū)域不斷擴大，可能導(dǎo)致齒面破壞。齒輪運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)震動加劇，傳動噪聲增大。當(dāng)其損壞達(dá)到一定程度時，可能導(dǎo)致輪齒折斷。尤其是關(guān)鍵性齒輪的損壞，可能造成整個傳動系統(tǒng)或機械部件損壞的嚴(yán)重后果。對損壞齒輪尤其是早損壞的齒輪進(jìn)行失效分析，正確判定齒輪損壞類型和破損程度。找出損壞的產(chǎn)生原因，從而提出并采取有效的預(yù)防措施，可以較少或預(yù)防齒輪類似損壞事故的重復(fù)發(fā)生。以提高齒輪的使用壽命，保證設(shè)備的正常運行。?

該重型車輛側(cè)減速器主動齒輪的試驗分析證明失效齒輪的失效形式為接觸疲勞失效。齒輪失效的主要原因為：?

• 滲碳碳勢不足或者滲碳時間過短造成的滲碳層過淺。?

• 失效齒輪滲碳后冷卻速度較慢，造成奧氏體沿晶界析出細(xì)網(wǎng)狀二次滲碳體，而隨后的正火處理沒有有效消除網(wǎng)狀二次滲碳體。

• 齒輪的接觸應(yīng)力較大，超過了許用接觸應(yīng)力。?

輪疲勞點蝕損壞的預(yù)防齒輪疲勞損壞的預(yù)防具體可分為三個階段：設(shè)計期、制造期、使用期。?

齒輪輪齒相互嚙合傳動過程中，輪齒的接觸疲勞表面作滾動或滑動復(fù)合磨擦?xí)r，在交變接觸應(yīng)力的作用下。表面金屬會形成疲勞斷裂。對于齒輪來講，通常齒根的彎曲疲勞和齒面接觸疲勞兩種失效形式占多數(shù)。齒面接觸疲勞的計算主要是了解接觸應(yīng)力的大小，是判斷正常設(shè)計情況下，齒面是否可能發(fā)生接觸疲勞失效的理論依據(jù)。輪齒表面和次表面金屬可能受拉伸、壓縮和剪切應(yīng)力。接觸面間以純滾動方式運動，沒有滑動現(xiàn)象。類似于輪齒節(jié)線出的嚙合狀態(tài)，接觸表面在載荷作用金屬產(chǎn)生彈性變形，接觸區(qū)是以一定寬度的壓縮接觸而不是線接觸。壓縮帶中心區(qū)彈性壓縮最大接觸帶前后的金屬在應(yīng)力作用下產(chǎn)生彈性位移凸起。同時在該區(qū)域金屬皮下表層產(chǎn)生剪切應(yīng)力。應(yīng)力大小取決于金屬的彈性模量、金屬面承受的總壓力和接觸表面的曲率半徑。選用材料彈性模量和接觸長度一定時，接觸表面應(yīng)力大小與接觸表面的曲率半徑有關(guān)。曲率半徑越小，接觸帶就越窄，單位表面的接觸應(yīng)力也就越大。承載轉(zhuǎn)動表面受力分析表面，承載齒輪在嚙合傳遞動力過程中，輪齒表面各處承受著不同形式的應(yīng)力作用。齒面和皮下金屬在拉伸、壓縮和剪切應(yīng)力作用下，經(jīng)過多次重復(fù)應(yīng)力作用后，齒面和皮下金屬可能產(chǎn)生微小裂紋形成疲勞源，隨之應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增加，裂紋將不斷擴展以致相互連接起來形成小塊金屬脫落，齒面出現(xiàn)點蝕剝落，齒輪齒面產(chǎn)生疲勞損壞。?

齒輪的點蝕的最主要原因是齒輪嚙合沒有達(dá)到足夠高的配合精度造成局部接觸應(yīng)力過載，導(dǎo)致疲勞損壞。因此可通過以下幾種方式加以預(yù)防和控制齒輪的損壞，提高設(shè)備運行的可靠性：?

• 提高齒輪加工精度?

齒輪加工精度太低．造成嚙合的齒輪齒輪接觸不良容易造成局部齒面超負(fù)荷工作．使齒輪局部?實際接觸應(yīng)力超過齒輪材料的許用接觸應(yīng)力。提高齒輪加工精度。減少齒輪副的兩中心線不平行或?交叉偏差及加工時齒向誤差造成的精度誤差，有利于保證齒輪傳動的平穩(wěn)性。?

• 保證齒輪材料質(zhì)量?

重載大齒輪多以鑄造毛坯加工而成，齒輪毛坯材料的局部缺陷及其熱處理不均勻造成的點蝕往?往比較平滑，所造成的點蝕往往發(fā)生在一小區(qū)域內(nèi)．這種情況往往造成齒輪局部強度不足，最終導(dǎo)?致齒輪折斷的現(xiàn)象發(fā)生．就需要更換齒輪。因此優(yōu)良的鑄造和熱處理工藝水平就尤為重要。?

• 安裝不良造成的齒面點蝕?

齒輪的裝配及機體的安裝精度直接影響齒輪齒面的接觸面積，裝配時必須嚴(yán)格控制齒輪軸線與齒?輪的軸線平行度誤差，精確調(diào)整減速機體與減速機底座及電機等配合部件的聯(lián)接精度，減少軸向和?徑向跳動，保證齒面的接觸精度．避免局部接觸應(yīng)力過大。可以有效減少齒輪點蝕疲勞現(xiàn)象。?

• 初始點蝕?

重載傳動齒輪的初始點蝕現(xiàn)象也是屢見不鮮的，新齒輪嚙合初期，常因齒面偏離漸開線曲面較大，在若干個微凸起處產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，造成點蝕現(xiàn)象。點蝕區(qū)出現(xiàn)很淺的小麻點，一般較分散，有時伴隨有輕微的膠合磨損。當(dāng)齒面經(jīng)過一段時間跑合后，微凸起處逐漸變平，從而擴大了接觸區(qū)，又由于磨損、碾壓等原因使其表面接觸趨于平滑，高峰接觸應(yīng)力隨之降低。因而促使點蝕停止發(fā)展。實踐表明，這種點蝕一般情況下不再發(fā)展，經(jīng)過一定階段的嚙合磨合后就點蝕就會消失，因此這類點蝕一般不會造成損壞。?

• 破壞性點蝕?

破壞性點蝕多數(shù)出現(xiàn)于節(jié)線以下的齒根區(qū)域。這是由于齒根處曲率半徑較小，齒面接觸應(yīng)力較高的緣故。震動齒輪在嚙合過程中，從齒根處初始接觸點開始，齒面曲率半徑逐漸增大，接觸應(yīng)力也隨之下降。通常重載傳動的直齒輪，當(dāng)接觸點移至一定位置時，嚙合齒的數(shù)目由兩對牙齒變?yōu)橐粚?。此時接觸應(yīng)力增至最大，當(dāng)接觸區(qū)域繼續(xù)向外移動時，接觸應(yīng)力再次開始下降，每當(dāng)輪齒過負(fù)荷時，金屬表面可能產(chǎn)生疲勞損壞。通常在主動齒輪的齒根區(qū)域。經(jīng)過長時間工作后可能出現(xiàn)破壞性點蝕，如果過負(fù)荷足夠大，短時間嚙合后就能產(chǎn)生這類點蝕破壞。?

齒輪嚙合傳動過程中，主動齒輪和被動齒輪相互接觸區(qū)承受相同的應(yīng)力，但在正常情況下。點蝕首先出現(xiàn)于主動齒輪的齒根部位，分析認(rèn)為這是主動齒輪通常直徑較小，轉(zhuǎn)速較高，輪齒數(shù)目也較少。因而承受著較頻繁的重復(fù)應(yīng)力。此外主動齒輪輪齒上滑動方向與齒面問的滾動方向相反，因此金屬表面產(chǎn)生過度伸張。促使疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴展，最后導(dǎo)致齒面產(chǎn)生點蝕破壞。破壞性點蝕通常呈小點狀金屬脫落形成凹坑，當(dāng)點蝕逐步擴大或點蝕相互連接起來，可能造成較大面積破壞，齒輪運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，傳動噪音大。這種點蝕破壞發(fā)展到足夠程度時，可能導(dǎo)致輪齒斷裂，應(yīng)加以重視。軋機減速機做為軋機機組的重要設(shè)備，齒輪又是減速機的關(guān)鍵性部件，齒輪的損害可能影響整個傳動系統(tǒng)或其他機械部件損壞，影響生產(chǎn)運行的嚴(yán)重后果，點蝕做為齒輪損壞的初始階段。如果能夠通徹分析其產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的措施?？梢匝娱L齒輪使用壽命，減少生產(chǎn)設(shè)備事故的發(fā)生，促進(jìn)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。