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(shù)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(nèi)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(chǎn)生的對齒輪表面的化學(xué)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(jié)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(chǎn)生刻傷。磨損表面上的水平線是節(jié)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(fā)生在節(jié)線以上和以下,通常損傷會迅速發(fā)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(jīng)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(xué)作用而損傷的。這種磨損將要繼續(xù)下去,直到齒輪不能使用為止?;瘜W(xué)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(dāng)齒輪上有小顆粒從齒面脫落后出現(xiàn)。當(dāng)嚙合齒輪的表面進入接觸狀態(tài)時,這些表面上的反復(fù)應(yīng)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(qū)開始.剝落是麻點進一步發(fā)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(xiàn)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(fā)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(diào),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(fā)生在齒根接觸處,沉重的接觸發(fā)生在麻點位置,因為超載荷齒沒有正確嚙合。
圖15 中的驅(qū)動小齒輪出現(xiàn)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(xiàn)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(jié)構(gòu)的深處開始,慢慢向表面延伸。
滲碳齒輪(用加熱表面、轉(zhuǎn)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(cè),最后的階段見圖17 的右側(cè)。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(fù)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(tài)下繼續(xù)發(fā)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(fā)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(fù)的重載荷引起的斷折的情況。標(biāo)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(cè)嚙合區(qū)的底部。緊靠裂源(箭頭指處)旁的地區(qū)受到充分的磨擦,說明裂紋起初發(fā)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(xiàn)在齒的兩側(cè)(箭頭所指)向齒的中部發(fā)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(yè)載荷產(chǎn)生的應(yīng)力在這個點引起裂紋。最后,可能是由于疲勞,這些裂紋繼續(xù)發(fā)展,直到齒的表面。如果這是在短的使用之后發(fā)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(chǎn)生的沉重載荷引起的。通常發(fā)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(fā)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(fù)的撞擊,潛留下許多表面斷折的特性。多半是由于不正當(dāng)?shù)膿Q檔引起了這種缺陷。
圖26所示硬化的齒輪為斷面上呈現(xiàn)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(dāng)?shù)牟倏v離合器或不正當(dāng)?shù)膿Q檔造成的。
波紋、起棱和冷變形 波紋、起棱和冷變形較少發(fā)生,并且破壞性似乎也較小。它們顯示的是材料發(fā)生變化和表面變形的一種表面狀態(tài)。
圖27所示齒輪,表面上有波紋,是在硬化的偏軸傘齒輪上產(chǎn)生波紋的典型狀態(tài)。波紋一般出現(xiàn)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(chǎn)生冷變形。材料己經(jīng)翻卷到輪齒頂邊之上,結(jié)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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