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      齒輪損壞原因分析
      毅政?ZL1系列免剝皮玉米脫粒機在中央電視臺CCTV10科教頻道219期《我愛發明》之“巧剝黃金?!睂n}節目錄制現場 齒輪損壞的主要原因大致分為:磨損;起麻點、剝落、滲碳層碎裂;疲勞;撞擊;波紋、起棱和冷變形。大多數齒輪的損壞是因為齒輪載荷過大,或者因不正確的換檔或操縱離合器引起撞擊或震動載荷。如果一個齒輪內部有缺陷,只有通過金相檢查才能確定。

      磨損
      磨損是表面材料從齒輪上的去除。它可能是緩慢的,如劃傷,或是迅速的,如擦傷。磨損有三種型式:
      粘附磨損——由金屬與金屬接觸,并且表面粘接到一起而后撕離所造成.原因可能是潤滑油不足,或齒輪沒有正確嚙合。
      磨料磨損——由外界顆粒,如灰塵和砂粒造成。
      腐蝕磨損——由污染的潤滑油或者添加劑產生的對齒輪表面的化學侵蝕。


      圖1是一種粘附型磨損,可能的起因是潤滑油不足,或是齒輪嚙合不正確。


      圖2中齒輪齒面的中等磨損使工作的節線變得清晰可見(箭頭所指)。這種磨損是由于潤滑油中磨料引起的。


      圖3中齒輪因為潤滑油不足在重壓力下造成金屬與金屬直接接觸而產生刻傷。磨損表面上的水平線是節線(箭頭所示)。


      圖4中刻傷的早期階段在齒輪上部顯示出斑點的渡霜似樣式.損傷在這個階段是輕微的。


      圖5重的刻傷發生在節線以上和以下,通常損傷會迅速發展致使齒輪不能使用。


      圖6是一種磨料磨損。


      圖7是一個特別嚴重的磨損,齒輪齒的大部分已經由于潤滑油中磨料顆粒的積聚而磨掉。


      圖8是腐蝕磨損,由潤滑油中的污染物或添加劑引起的。


      圖9所示的齒輪表面是因受化學作用而損傷的。這種磨損將要繼續下去,直到齒輪不能使用為止?;瘜W磨損是由污染的潤滑油、潤滑油的-混合物或添加劑造成的。

      起麻點、剝落和滲碳層碎裂
      起麻點是一種疲勞缺陷,當齒輪上有小顆粒從齒面脫落后出現。當嚙合齒輪的表面進入接觸狀態時,這些表面上的反復應力能造成麻點。它們沿接觸線開始,這里是配合零件的齒上壓力最大的地方,一般是由于載荷過大造成的.疲勞裂紋常常在麻點區開始.剝落是麻點進一步發展的嚴重形式,齒輪的一部分可能裂掉。滲碳層碎裂通常表現為沿齒面裂開的裂紋。它常常是由過大的工作載荷造成的。


      圖10所示偏軸小齒輪中的“修正”麻點是由很小的坑穴組成的,這些坑穴不會發展到超過起初階段的樣子,并且常常會“痊愈”變好的。


      圖11中的麻點在螺旋面的外端(此圖中齒輪的右邊)開始,原因是中心線稍有失調,麻點慢慢地向齒的中部進展最后停止進展,表面開始拋光,表示載荷沿齒面分配變得更均勻了.這種麻點是無害的。


      與上述相反,圖12 中所示有害的麻點是因載荷過大而造成的。


      圖13麻點毀壞齒輪的齒面。


      圖14中的麻點發生在齒根接觸處,沉重的接觸發生在麻點位置,因為超載荷齒沒有正確嚙合。


      圖15 中的驅動小齒輪出現嚴重的麻點和剝落,輪齒徹底毀壞。


      圖16滲碳層(硬化的表面)壓碎,表現在該錐形齒輪接觸表面上是縱長的裂紋.主要的裂紋從滲碳層心部結構的深處開始,慢慢向表面延伸。


      滲碳齒輪(用加熱表面、轉變成高碳鋼而后淬火硬化的齒輪)滲碳層壓碎的初始形式見圖17左側,最后的階段見圖17 的右側。這個齒輪是由于超載荷造成的,需要作金相分析斷定失效的可能原因。

      疲勞
      疲勞疲勞一般是由于重復的、過大的載荷造成的,它常常是在齒輪齒根或靠近齒根處斷裂。疲勞缺陷可能是從特別高的負荷造成的小裂紋開始,并且在正常使用狀態下繼續發展,直到齒輪失效。


      圖18是齒輪的典型疲勞缺陷,其特點是有光滑的地方.它是由重的載荷或震動載荷(不正確的換檔和操縱離合器)造成的。


      圖19 所示齒輪有齒發生根部疲勞破壞。


      圖20是一個從齒根圓角伸展到齒輪中心孔的疲勞裂紋,需要金相的檢查以確定造成缺陷的起因。


      圖21是在齒輪的若干齒上,由于重復的重載荷引起的斷折的情況。標有“A”字的齒看來是由于疲勞裂紋首先折斷的(注意光滑、似夭鵝絨般的地帶)。


      圖22是另一疲勞斷折的情況。箭頭指明裂紋在斷折處左邊緣開始,那里有一個小坑,靠近齒受壓側嚙合區的底部。緊靠裂源(箭頭指處)旁的地區受到充分的磨擦,說明裂紋起初發展緩慢。


      圖23所示為表面硬化齒輪(齒的外表面硬化)的疲勞斷裂,開始于齒根處,出現在齒的兩側(箭頭所指)向齒的中部發展會合??赡苄枰M行冶金試驗來斷定缺陷的起因。


      圖24中行星齒輪的大部分齒頂已碎掉。作業載荷產生的應力在這個點引起裂紋。最后,可能是由于疲勞,這些裂紋繼續發展,直到齒的表面。如果這是在短的使用之后發生的,可能表面硬化深度過大,需要作金相檢查來作出判斷。

      撞擊
      撞擊缺陷一般地是由粗暴操縱產生的沉重載荷引起的。通常發生在齒根或近齒根處,并斷折的表面呈灰色粒狀,沒有缺陷發展過程的痕跡。


      圖25所示為滲碳齒輪齒角被敲壞和碎落的情況,齒角在破斷之前受到重復的撞擊,潛留下許多表面斷折的特性。多半是由于不正當的換檔引起了這種缺陷。


      圖26所示硬化的齒輪為斷面上呈現灰色顆粒狀外觀的典型的撞擊缺陷。它沒有疲勞斷折的光滑外觀的特征。這種缺陷多半是由于不止當的操縱離合器或不正當的換檔造成的。

      波紋、起棱和冷變形
      波紋、起棱和冷變形較少發生,并且破壞性似乎也較小。它們顯示的是材料發生變化和表面變形的一種表面狀態。


      圖27所示齒輪,表面上有波紋,是在硬化的偏軸傘齒輪上產生波紋的典型狀態。波紋一般出現在高載荷的齒輪上。


      圖28所示硬化齒輪起棱可能是由于超載荷造成的。


      圖29所示為中等硬度齒輪的冷變形推進階段的情況。這種齒輪比表面硬化的齒輪更易于產生冷變形。材料己經翻卷到輪齒頂邊之上,結果齒輪的齒型損壞。重載荷多半是引起這種金屬移動的原因。


      圖30所示為中等硬度齒輪由于碾壓和敲擊作用而造成的表面變形。這個齒輪很可能是受到超載荷,并且在有了初步的損傷之后長期使用,造成表面敲壞。

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