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齿轮轮齿损伤的术语,特征和原因-其他损伤(GB3481-83)

Tags: T螺旋伞齿轮转向箱    发布时间: 2014-11-07
其他损伤Associated Gear Failure
5.1 轮坯缺陷Blank Deficiencies
轮坯缺陷是指齿轮轮齿部位在毛坯阶段就已存在的缺陷,主要是:气孔、砂眼、夹杂物和裂纹等。它们通常在局部出现,有时可贯穿几个齿,也可达到较深部位。
铸造缺陷
图35铸造缺陷
铸造锡磷青铜蜗轮ms=8mm,由于严重组织疏松而报废。
铸造缺陷
图36 铸造缺陷
球墨铸铁齿轮m=5mm,由于组织琉松引起断齿。
轮坯材料的冶、铸、锻、焊等工艺过程不当或控制不严,往往导致夹渣或非金属夹杂物混入轮坯、出现气孔、砂眼或产生裂纹等。后者也可能由于材料不均匀所引起。
5.2 淬火裂纹Quenching Cracks
淬火裂纹是指齿轮在淬火时产生的裂纹。淬火裂纹多数呈发丝状,有时能自行扩展。裂纹有的沿齿根圆角半径方向,有的在齿的两个端面,也有的穿越齿顶或在齿端面的表面硬化层与芯部交界处,较大裂纹的初始部位常有锈蚀或氧化的痕迹。
淬火裂纹是由于淬火过程中产生的过大内应力造成的。齿端面上的裂纹通常是由于硬化层与芯部交界处的相变不协调所引起的。
淬火裂纹
图37 淬火裂纹
航空齿轮m=3mm,材料12CrZNi4,渗碳淬火HRC58~62,齿根沿径向产生淬火裂纹。
5.3 磨削裂纹Grindiog Cracks
磨削裂纹是磨削过程中在齿面上产生的网状裂纹或互相平行的短裂纹。磨削裂纹一般很浅,往往肉眼不易发现而需用磁粉探伤或其他专门方法来检测。有时,磨削裂纹是潜在的,并且在闲置若干时间或加载工作后才显示出来。
 磨削裂纹
图38 磨削裂纹
航空齿轮m=3mm,渗碳淬火后磨削,因磨削工艺不当造成齿面条状磨削裂纹(磁化后照像)。
磨削裂纹
图39 磨削裂纹
采煤机齿轮m=12mm,材料30CrMnTi,淬火渗碳HRC58~62,因热处理工艺不当,经玛格磨齿机磨齿后,磁粉探伤显示出网状裂纹。
磨削裂纹主要是由于磨削过程中的过热引起的,也可能是热处理不当引起的。过热可能是磨削工艺参数选择不正确、砂轮不合格或选用不当、冷却措施不适当等引起.某些轮齿材料,对磨削过热敏感,更易产生磨削裂纹。
5.4 电蚀Electric Current Damage
电蚀齿面呈现大量均匀分布的微小坑点。这些坑点形貌光滑,有熔融状放电痕迹,坑点边缘有退火色。电蚀常发生于多个齿面,甚至全部轮齿上。
电蚀
图40 电蚀
发电机组励磁机减速装置人字齿轮,因检修时漏装绝缘垫片,造成严重电蚀。
电蚀
图41 电蚀
本图是图40中的人字齿轮局部放大,齿面到处可见大量均匀分布的电蚀斑点。
当电流通过轻微接触或快速离合的啮合齿面向接地零电位流动时,齿面间产生很高的电位差造成火花放电,使齿面电蚀.引起电蚀的电流可来自电器设备:如电动机、电磁离合器等。这种杂散(漏)电流也可能来自带传动或其他与传动有关零件的静电电流。有时,附近的电器设备(如电焊机)通过齿轮装里不适当地接地,也会造成电蚀。
5.5 干涉损伤Failure by Interference
这种损伤是由齿廓啮合干涉造成的。其特征是齿顶部、尤其是齿根部有明显的金属移动痕迹。齿根部挖出沟槽,齿顶部被滚圆。通常,干涉损伤可引起齿面磨损、塑性变形、胶合,甚至导致轮齿折断。
干涉损伤
图42 干涉损伤
采煤机齿轮m=14mm,材料30CrMnTi,渗碳淬火,由于啮合干涉造成齿根部有明显的干涉条纹带。
啮合参数设计不合理、加工齿形误差过大、安装中心距过小、工作中热变形过大等,都可造成轮齿不正常啮合而引起干涉损伤。相啮合的轮齿顶部和根部载荷过大或啮合过紧,有可能使润滑油膜失效,造成齿顶、齿根部金属急剧移动,导致整个齿面损伤。
5.6 轮缘和辐板损伤Rlm and web Failure
轮缘裂纹通常发生在两相邻齿之间的齿根部。辐板裂纹有的是轮缘裂纹沿径向扩展而成,有时辐板内也产生裂纹但不一定扩展到轮缘。
轮缘损伤
图43 轮缘损伤
由齿根发生的疲劳裂纹,沿径向扩展贯穿轮缘。
辐板损伤
图44 辐板损伤
辐板呈现贯穿裂纹。
轮缘的断裂,通常是轮齿疲劳裂纹发展的结果。齿轮某部分的残余应力过高,会形成井促使裂纹扩展。辐板损伤可因辐板强度不足、应力集中或振动等因素而引起。
附录A
有关损伤的对策
(参考件)
相应于本标准文本中损伤术语的编号,各种基本损伤型式的对策分别叙述如下:
A.1.1 轻微磨损的对策
除了齿轮装置的设计寿命比在轻微磨损基础上确定的磨损寿命大得多之外,轻微磨损一般不需避免。轻微磨损可得到良好的贴合齿面。
在齿轮轻微磨损过程中,应适时更换润滑剂或采取其他措施,以得到较合适的油膜厚度。
A.1.2 中等磨损的对策
改善润滑条件,增加油膜厚度:提高润滑油粘度,降低油温,加入适当的添加剂,改善润滑方式,如果工作速度和载荷可变,则可提高工作速度、减小载荷。至于润滑系统中的污染杂质,可增设过滤装置或换油来排除。
A.1.3 过度磨损的对策
采用合适的密封型式和润滑装置(如采用过滤装置)、改善润滑方式、加强维护。提高润滑油粘度、改善润滑玲却装置,如果可能,也可提高工作速度、减轻载荷(特别是振动载荷)。上述措施如不奏效,则可改进设计,如改变齿轮几何参数、材质、精度、齿面粗糙度等。
A.1.4 磨粒磨损的对策
对于采用飞溅润滑的闭式传动,可以及时换掉脏油、清洗有关零件,如采用循环润滑系统,则宜采用过滤装置。对运转初期跑合过程中产生的磨粒磨损,更应特别注意清洗整个系统、适时换油。对于由于较细物料造成的磨粒磨损,则可考虑采用较高粘度的润滑油以减轻之。对于开式传动,特别应注意采取适当的防护措施,选用合适的润滑剂以减轻这种损伤。
A.1.5 腐蚀磨损的对策
在选用极压添加剂时,应考虑到它对齿面腐蚀的影响。添加剂成分和含量应掌握适当.加入添加剂后,应经常检查,发现腐蚀现象应立即换油、调整添加剂以使腐蚀磨损减少到最低程度。为防止润滑油被外界的水、酸和其他含有有害的物质所污染,齿轮装里应有良好的密封。在加工、检验过程中,若与腐蚀性介质接触时,应建立合理的工艺规程,以使腐蚀减少到最低限度。
A.1.6.1 轻微胶合的对策
控制起动过程中的载荷和保证良好的润滑条件,可避免产生轻微胶合。如由轻微干涉引起的损伤,则应及时排除产生干涉的起因。
A.1.6.2 中等胶合的对策
降低供油温度以降低齿轮整体温度,换用有极压添加剂的润滑油,在接触齿面涂敷固体润滑剂,利用珩磨加工降低表面粗糙度等,均可有利于造成良好的润滑条件,达到防止胶合的目的。在可能的条件下,适当降低载荷和速度,也可减轻或避免这种损伤。
A.1.6.3 破坏性胶合的对策
必须保证齿轮传动在一定载荷、速度、温度等条件下,始终具有良好的润滑。采用极压添加剂以及特殊高粘度的合成齿轮油,可防止这种损伤。含抗胶合添加剂的合成油,也能防止在较高温度下工作的齿轮的胶合。
A.1.6.4 局部胶合的对策
可通过消除局部载荷集中来避免发生局部胶合。齿轮箱体轴孔中心线的形位公差和齿轮齿向误差应选得适当。高速齿轮应注意使沿啮合区宽度散热均匀,冷却油量和供油部位要适当。鼓形齿的鼓形量也不能选得太过大。
A.2.1.1 早期点蚀的对策
轮齿表面光滑和从运转一开始载荷就沿齿宽分布良好,可避免产生这种点蚀.提高齿形精度、采用齿廓修形以减小动载荷的办法,在一定程度上可控制产生点蚀。精心跑合,也可改善轮齿的贴合情况,从而减轻早期点蚀。
A.2.1.2 破坏性点蚀的对策
保持接触应力低子轮齿材料的疲劳极限,破坏性点蚀就可避免。提高材料的硬度,可提高材料的疲劳极限.有时仅提高主动件的硬度,也能制止这种点蚀。提高润滑油的粘度以及采用适宜的添加剂,对防止齿面点蚀都有明显的效果。
A.2.2 剥落的对策
使齿面的接触应力降低到材料的疲劳极限以下,可避免这种损伤。
对齿轮材料进行硬化处理可提高其抗剥落的能力。通常,在点蚀坑基础上或表面裂纹、缺陷发展而成的剥落的出现,说明齿面承载能力不足,因此往往需要对齿轮进行重新设计。
对另一种剥落― 表层压碎,防止这种剥落的最有效的办法是适当增加轮齿硬化层的有效深度,同时适当增加轮齿芯部材料的硬度;这可以通过改换材料或改变热处理工艺等措施来达到。至于存在过大的有害残余应力,则应修改设计。此外,减少载荷集中也是有利的。
A.3.1 碾击塑变的对策
减小接触应力和增加接触表面及次表面材料的硬度,可以消除这种损伤。提高齿距精度和减小齿形误差会改善轮齿工作情况,并降低动载荷;采用极压添加剂和高粘度的润滑油以改善齿轮的润滑情况、降低摩擦力。保证安装精度,控制齿向误差,以避免载荷集中,也是一般常采取的措施。
A.3.2 鳞皱的对策
增加齿面硬度、减少接触应力、改善润滑状况,都可防止鳞皱的发生。采用极压添加剂和高粘度的润滑油、提高速度、控制齿轮的振动等办法,都可改善润滑状况。
A.3.3 起脊的对策
降低接触应力、增加材料的硬度和采用带极压添加剂的粘度较大的润滑油能够防止起脊发生。在没有循环润滑系统的传动中,经常更换润滑油并保证润滑剂中没有外来的杂质,也是有益的。
A.3.4 压痕的对策
防止外界异物掉进齿轮传动装置中,尤其在检修时更应注意。及时清理传动装置,排除金属碎片等外界异物。轻度的压痕,经修整齿形后,仍可便用。
A.3.5 齿体塑变的对策
对于循环润滑的齿轮装置,要注意防止润滑系统给油不足和中断。对于油池润滑的齿轮装里,要注意油面位置。提高润滑油的粘度,有时可获得一定效果。对于冷塑变形的齿轮,主要要提高齿轮材料的屈服极限。
A.4.1 疲劳折断的对策
修改齿轮的几何参数、降低齿根表面粗糙度、对齿根进行正确的喷丸处理、增大齿根圆角半径、对齿根圆角区进行调整以降低齿根危险截面的弯曲疲劳应力、对材料进行适当的热处理以获得较好的金相组织以及尽可能降低有害的残余应力等措施均有助于防止疲劳折断。
A.4.2 过载折断的对策
从设计上防止这种损坏是比较困难的,因为这种损坏经常是一些意外的因素所造成。注意避免意外的严重过载以及在传动系统中设置安全装置,如安全联轴器等,可有助于防止过载折断。
A.4.3 随机断裂的对策
在设计时,选择合理的参数和结构;消除产生过高局部应力集中或过高有害残余应力的条件;确保材料的品质;严格控制加工工艺过程防止产生各种缺陷和防止硬性异物进入啮合。
A.5.1 轮坯缺陷的对策
采用合理的冶、铸、锻、焊工艺;建立适当的轮坯检验制度,及时剔除不合格的轮坯。
A.5.2 淬火裂纹的对策
根据齿轮材料和对其要求制订合理的淬火工艺规程,并严格控制工艺过程。如淬火速度不应过高或过低等。齿轮的各部尺寸与结构适应淬火工艺要求。应保证工艺设备工作正常。
A.5.3磨削裂纹的对策
选择适当的磨削工艺,控制进给盘和磨削速度,加强冷却措施,选用不易磨裂的材质和合适的热处理工艺。
A.5.4 电蚀的对策
有关电设备或可能通过漏电流的齿轮装置应严格绝缘。适当地放置接地线。
A.5.6 干涉损伤的对策
应在设计和加工过程中,从轮齿几何形状,切削刀具以及制造安装等方面加以避免。选择适当的润滑油和冷却措施也是有效的。
A.5.6 轮缘和辐板损伤的对策
轮缘、辐板的尺寸均应满足强度要求。局部应力集中因素,如切削刀痕、磨削裂纹、轮缘和辐板过渡处的尖锐圆角等,应设法减少或消除。必要时,应采取有效的减振、防振措施。
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