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稀油站生產廠家:分析齒輪斷裂原因,提醒注意要點

時間: 2020-07-06 09:51 瀏覽次數:
齒輪是常用的機械傳動零件。如果齒輪輕微斷裂,必須停機維修,如果斷裂嚴重,將危及設備安全,甚至造成重大事故。齒輪斷裂后的簡單更換并不能消除齒輪再次斷裂的風險,因此有

齒輪是常用的機械傳動零件。如果齒輪輕微斷裂,必須停機維修,如果斷裂嚴重,將危及設備安全,甚至造成重大事故。齒輪斷裂后的簡單更換并不能消除齒輪再次斷裂的風險,因此有必要對導致齒輪斷裂的因素進行分析和改進。為了建立齒輪失效信息庫,找出齒輪斷裂的一整套影響因素,彩神iv從不同的設備中收集了大量的斷輪信息,并對一些樣本進行了分析。斷裂齒輪的樣本來自軋機、采煤機、牽引機車、鼓風機、船用發動機、起重機、飛機、彩神iv機械、采油機械、礦井提升機和大型拋物面天線等中的圓柱直齒輪、斜齒輪、齒輪軸和錐齒輪。設備和齒輪的負載類型具有代表性。

1齒輪斷裂因素的分類及相關性分析

齒輪的生命周期可以分為設計、制造、使用和維護、失效和報廢等。為了避免過早失效,有必要確定在齒輪的壽命周期中哪些因素會影響齒輪的斷裂。齒輪斷裂是由單個因素引起的,或者是由一個或多個階段中多個因素的組合引起的。

2齒輪壽命不同階段影響齒輪斷裂的因素

2.1設計階段影響齒輪斷裂的因素

根據斷裂齒輪樣本數據,在設計階段對齒輪斷裂影響最大的因素是齒輪結構設計缺陷、齒根或齒頂過渡圓角過小、配合干涉過大、材料選擇不當、安全系數小、齒輪模數和壓力角選擇不當、行波共振。

2.1.1齒輪結構和過渡圓角設計對齒輪斷裂的影響在齒輪斷裂的樣本中,齒輪結構和過渡圓角設計對齒輪斷裂的影響頻率超過設計階段總影響頻率的1/3,相關性非常明顯。

齒輪斷裂試樣中疲勞斷裂超過50%,屬于疲勞斷裂,一般有裂紋源。齒輪的結構設計缺陷,如截面形狀突變、厚度不均勻、鍵槽和油孔設計不當等,容易產生裂紋,而齒頂或齒根的小過渡圓角在熱處理過程中容易產生裂紋,在工作載荷作用下應力集中,導致裂紋擴展直至斷裂。齒輪斷裂實例證明齒根裂紋的形成對過小的過渡圓弧半徑很敏感。

2.1.2配合過盈量過大對齒輪斷裂的影響如果齒輪裝配過盈量過大,需要大量的熱膨脹,因此需要較高的加熱溫度,過高的加熱溫度可能會與材料的熱處理溫度相沖突,這也會導致齒輪過度膨脹,裝配后在齒根處留下較大的裝配拉應力。此外,通過加熱方法難以確保齒輪的均勻加熱,這導致齒輪的不均勻加熱,并惡化齒根處的組件拉伸應力的分布。

在齒輪設計中,齒輪齒面的接觸強度和齒根的彎曲強度通常是按常規計算的,容易忽略許多因素對整個齒輪產生的應力疊加效應,如過盈裝配產生的切向拉應力、扭矩傳遞產生的彎曲拉應力、亞表面熱處理殘余拉應力、磨削應力和銷槽引起的應力集中。雖然發動機的正時齒輪滿足一般的設計強度要求,但是齒輪的軸向斷裂是由上述應力的綜合作用引起的。

除了直接影響齒輪斷裂外,還有間接影響齒輪斷裂的因素,如葉輪與風機軸的過盈配合、裝配過程中加熱葉輪和自然冷卻過程,以及冷卻過程中轉子的軸向伸長和彎曲變形,導致齒輪載荷不均勻,最終由于運行過程中的沖擊而斷裂。

2.2制造階段影響齒輪斷裂的因素

斷裂齒輪試樣的因子數據表明,熱處理、裝配質量、齒根表面粗糙度、鑄鍛焊接質量和加工刀痕對制造階段的齒輪斷裂有很大影響,63%的齒輪斷裂與熱處理有關。

2.2.1熱處理對齒輪斷裂的影響在通過熱處理影響齒輪斷裂的因素中,主要因素是齒根表面的齒尖硬度不足、滲透層過淺過深或不均勻、熱處理不當、回火不足、顯微組織粗糙和黑色網狀結構。

(1)齒尖低硬度對齒輪斷裂的影響:熱處理通過硬度、硬度梯度和齒輪表面及芯部的顯微組織均勻性影響其力學性能。齒面硬度越低,齒面接觸疲勞強度越低。在交變應力的作用下,嚙合面逐漸磨損,形成嚴重磨損的齒面和表面麻點,甚至剝落麻點。此時,齒輪傳動重合度降低,相鄰齒輪承受的傳動載荷增加,傳動過程中發生沖擊,穩定性降低。實驗結果表明,齒面磨損后,齒根最大拉應力顯著增加,輪齒處于危險狀態,容易斷裂。齒根硬度較低會降低齒輪的彎曲疲勞強度。

(2)穿透層深度和厚度不均勻對齒輪斷裂的影響:齒面硬化層深度不足,齒心硬度低。在接觸載荷的作用下,較薄的穿透硬化層很難被軟心壓碎,硬化層的剝落和齒體的塑性增大了運動間隙,產生沖擊載荷。沖擊載荷加速了齒根處的疲勞裂紋,減小了有效承載截面。最后,它無法承受工作負荷,突然折斷了牙齒。

從表層到芯部的硬度梯度太陡,這將在表層和芯部之間的界面處產生強的殘余拉應力。當工作應力和殘余拉應力共同作用時,很容易在該界面處產生裂紋,并由于疲勞而擴展。過高的硬度梯度不僅會加速過渡區裂紋的形成,還會導致深層剝落,加速齒輪的早期斷裂。

2.2.2齒輪裝配質量影響齒輪斷裂的機理:齒輪裝配質量在許多方面影響齒輪斷裂失效

(1)當齒輪或軸與軸承的配合誤差較大時,容易造成齒輪偏心載荷和沖擊。齒輪偏心載荷導致嚙合面積異常,不僅減小了嚙合面積,而且顯著增加了單位面積載荷;它還會使嚙合位置偏移,即最大應力點偏移,從而導致齒輪本身應力不均勻,偏心載荷經常會導致齒輪因應力集中而斷裂。這種錯位嚙合產生沖擊和偏心載荷,最終導致齒輪早期斷裂。

(2)過度的配合干涉會導致過大的裝配應力,這將在齒輪上產生較大的殘余拉應力,甚至超過外部載荷引起的彎曲應力。當兩個應力共同作用時,它們可能超過齒輪的彎曲強度,導致齒輪斷裂。

2.2.3齒根表面粗糙或刀痕對齒輪斷裂的影響

齒根表面粗糙和存在刀痕容易誘發疲勞裂紋。齒輪齒的承載方式為懸臂加載,最大彎曲應力在齒根處。齒根處的過渡圓角太小,導致應力集中,形成應力疊加。交變應力作用于齒根處的裂紋并使其膨脹,當齒輪齒的剩余部分不足以承受工作載荷時,就會導致瞬時斷裂。斷裂齒輪的斷口形貌分析表明,齒輪齒斷裂面上的許多疲勞裂紋源都出現在加工過的刀痕處。

2.3材料導致齒輪斷裂的影響因素

2.3.1材料中夾雜物對齒輪斷裂的影響機理齒輪鋼一般具有較高的強度,而鋼的強度越高、塑性越低,對缺口的敏感效應越明顯。當齒輪受到外力時,材料中的夾雜物很難變形,而其周圍的金屬在很大的張力下變形并流動,這將金屬和夾雜物之間的界面分開并形成空間隙。非金屬夾雜物在鋼中起到缺口和應力集中的作用,從而引起裂紋并加速其擴展,導致齒輪斷裂。

2.3.2齒輪材料力學性能不足對齒輪斷裂的影響機理有些斷裂的齒輪以脆性斷裂為特征,這明顯表現為材料性能不相容。它們中的一些是塑性斷裂,但是它們的性能不足以抵抗外部載荷。如果沒有不當的材料選擇,這意味著在制造過程中,尤其是在熱處理過程中,不能獲得必要的機械性能。機械性能為齒輪材料+熱處理工藝。如果機械性能不足或熱處理工藝不合適,則需要改進工藝;或者,即使嚴格執行熱處理工藝,也不能獲得所需的機械性能,這是由于材料選擇不當,需要重新選擇。

2.4使用階段的影響因素

過載和沖擊載荷是影響齒輪使用階段斷裂的主要因素。首先,設計中對使用條件的判斷可能不準確,缺乏合理的過載能力儲備和過載保護設計,在設定安全系數時應予以解決;其次,使用說明中沒有明確規定使用條件;第三,雖然有說明,但用戶沒有接受過防止過載和沖擊負荷的培訓。沖擊載荷峰值大,持續時間短,多為偶然因素。除了合理的抗沖擊載荷能力儲備和峰值攔截設計外,還必須減少沖擊載荷在使用中的機會,特別是要避免沖擊載荷峰值過大。不平衡載荷導致應力集中,使軸承齒輪的狀況惡化,并導致齒輪部分超過承載能力而斷裂。提高裝配安裝質量是降低齒輪偏心載荷的重要途徑。啟東德勒-電動潤滑泵、電動加油泵、電動潤滑泵、手動加油泵、潤滑設備、雙線分配器、漸進式分配器、稀油站、集中潤滑系統、智能潤滑系統www.findlowcostautoinsurance.com手動加油泵

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