齒輪疲勞點蝕的特征及案例分析

疲勞點蝕的定義及特征
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。

疲勞點蝕的實例
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）。
1.斷口分析
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。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。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。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。

2.顯微組織分析
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。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。

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