齿轮断裂原因分析
减速机齿轮断裂原因分析
减速机齿轮断裂原因分析摘要：在当前的社会发展过程中，减速机有着极其重要的现实作用，相应的减速机是整体机械设备中极其重要的传动系统，其自身系统在构建过程中所存在的稳定性对于整体系统设备而言有着极其重要的影响。
齿轮是整个减速机的关键性部件，受到较为恶劣工况因素的影响，会使其产生各类失效的现实问题，并且造成较为严重的设备停机，使生产效率受到较为突出的现实影响。
需要充分的对减速机齿轮失效所存在的现实问题以及相应的故障机理进行综合性的分析，并且对减速机齿轮所存在的典型故障特征进行综合性的探究，对日常的维护措施进行有效的分析。
关键词：减速机齿轮；故障探究；故障维护引言在当前社会的发展过程中，虽然借助智能化的发展故障特征可以被轻易指明，但也往往会对整体企业产生较为突出的现实损失。
如作为连续工作的中国电力行业而言相应的齿轮如若出现故障，将致使其整体减速机产生故障，并致使整体机械予以停机，这将会在社会范围内产生较为突出的现实损失。
通常情况而言，相应的齿轮在运行一段时间内便会产生一定程度的现实故障，并且相应的故障具有着高度多样化的特征，其自身存在着断齿、表面磨损等诸多现实问题，由此对整体齿轮故障进行有效的探究。
对于综合设备的维护而言，有着极其重要的现实意义，并且对其自身的故障模式进行有效的分析，对其施教原理进行综合性的探究，能够使整体齿轮在事后维修过程中所存在的被动化特征逐步转变为事前预防的主动化特征，使检测成本能够得到大幅度的降低，使整体减速机故障所存在的发生几率能够得到大幅度的下降。
1.减速机齿轮概述齿轮是常规减速器中最重要的零部件之一，在减速其中主要发挥两个作用：减速的同时提高输出扭矩以及减速的同时降低转动惯量。
齿轮的具体技术要求如下：首先，为了确保齿轮的硬度达到规定的需求，需要对齿轮的齿面和调质面进行预热处理，有利于极大地改善齿轮的性能，充分发挥齿轮材料的价值，保障常规减速器工作的稳定性；其次，要对齿轮进行的磨削，磨削面主要是齿轮的两个侧面，尽可能地消除侧面存在的毛刺和凹凸，尽可能减小齿轮侧面和其他零部件接合时的缝隙，提高常规减速器的工作性能；最后，完成上述两步后，为了确保齿轮满足质量要求，还需要对齿轮进行探伤处理，发现齿轮中可能存在的裂纹、缝隙等，最大限度避免任何可能出现的性能问题。
38CrMoAl齿轮断裂原因分析
38CrMoAl齿轮断裂原因分析摘要：38CrMoAl材料是一种高级渗氮钢，有很好渗氮性能和机械强度，渗氮处理后有高的表面硬度和高的疲劳强度，无回火脆性，有良好的耐热性与耐蚀性，常被用于各种渗氮零件，如气缸套、齿轮等。
但某公司近年来生产加工的减速箱经常出现38CrMoAl齿轮断齿现象，这会严重影响企业生产活动的正常进行，从而为企业带来较大的经济损失，同时，企业还需要花费大量的时间与金钱于维修工作中，大大降低了生产水平与工作效率，因此，加强对38CrMoAl齿轮断裂原因的探析对于设备的正常、高效使用来说起着非常重要的作用，所以，为查明齿轮断裂的根本原因，本文主要针对在实际应用过程中断裂齿轮的裂口痕迹、材料以及结构等方面的内容进行必要的失效分析，希望能够为我国齿轮整体质量的提升提供一定的帮助。
1、取样1）取断裂齿条。
2）对断裂的38CrMoAl齿轮轴按照重型机械通用技术条件锻件（JB/T5000.8-2007）中的要求进行取样，按标准加工成冲击试样。
2性能试验对断裂的齿进行化学成分检测。
检测结果为：C 0.39 Si 0.41 Mn 0.53 Cr1.62 Mo 0.21 Al 0.94，符合标准里的化学成分要求。
考虑减速箱齿轮断裂冲击断裂，对其冲击韧性进行检测，三个试样的冲击韧性分别为：9J、11.2J、13.1J。
3断口检测与分析对断裂的齿轮进行观察，发现齿轮的齿都是从齿根部位断裂。
观察齿条断面发现断面相对平整，断面没有韧窝，无明显的塑性断裂现象，属于脆性结晶状断口。
裂纹扩展痕迹的逆向指向是从齿的一边根部边缘开始的，判断出齿是在转动过程中受到冲击，发生脆性断裂。
在一般情况下，齿轮组主要包括主动轮与被动轮两大部分的内容，在实际的使用过程中，齿尖凹槽处的损坏极其普遍与常见，就本质而言，材料质量因素对于齿轮损坏来说具有不可忽视的联系，另外，齿轮的应用过程中由于局部受力过大导致结构受力不均，从而造成齿轮结构的疲劳断裂也是导致齿轮断裂的重要原因。
内齿轮断裂原因分析与改进
来 看 ， 齿 轮 与 ２ 齿 轮 相 比存 在 明 显 偏 差 ， 大 的 晶 ｌ 粗
粒 直接 降低 了齿 轮 的强度性 能 。
表 １ 齿 轮 样 品 常规 金 相 检 查 结 果
检验项 目 ｌ 样 品 ２ 样 品
Ｏ ５ —０． ． ６
Ｏ． ０ｌ～ Ｏ Ｏ２
１ 问 题 的 提 出
铁路 工程 机械 用 内 齿轮采 用 的基 体材 料 为 ４ ５
钢 ， 处 理 工 艺 为 退 火 和 齿 表 面 氮 化 。 近 期 ， 车 戚 热 南 墅堰 机 车车辆 ＿艺 研 究所有 限公 司在 工程 机械 用 内 Ｉ 二
齿 轮 的安 装使 用过 程 中 ， 连续 发生 ２起 断裂 事故 ， 一 起 在安装 前 因跌 落 而 产生 断 裂 ； 一 起 在装 机 使 用 另
作 者 简 介 ： 燕 （ ９ ６一） 女 ， 科 学 历 ， 级 技 师 ， 事机 车 车辆 配 徐 １７ ， 本 高 从 件检验站调度 ｌ 。 作
３６
２ ２ 金 相 检 查 ．
氮 化层 深 度 （ ｌ ） ｎｌ Ｎ 表 面 白亮 层 深度 （ ｉ） Ｍｌ １
心 部 组 织 晶粒 度 带状组织
０ ５— ． ． ０６ ００ ０ ０ ． １～ ． ２
３级 ０级
珠 光体 和粗 大 网状铁 素体 珠 光 体 和 铁 素体
９级 ３级
较 好 ， 足＿ 设 计要 求 ， 见脉 状 分 布 的 化合 物 ， 满 丁艺 未 说 明 内齿 轮断 裂与 氮化 质量无 关 。但是 从基 体组 织
收 稿 日期 ：０ ２— ２—１ ２１ ０ ６
而且 还具 有 良好 的齿 面 耐磨性 、 咬合 性 、 大气 及 抗 抗
减速机齿轮断裂原因分析
故障维修减速机齿轮断裂原因分析范明孝（本钢招标有限公司，辽宁 本溪 117000）摘 要：近年来，经济快速发展，科学技术不断进步，针对减速机齿轮发生断裂现象，采用化学成分分析、断口分析、金相检验和力学性能测试对其原因进行了分析。
结果表明，裂纹起源于键槽棱边应力集中处，向内疲劳扩展至断裂；棱边形状尖锐，弯曲应力集中较为严重，齿轮轴旋转时出现一定的弯矩载荷，棱边即能萌生裂纹源，引发疲劳断裂。
分析结果为避免同类轴再次发生断裂提供了参考。
关键词：减速机；齿轮断裂；原因引言在机械设备运转的过程中，齿轮往往起着不可替代的重要作用，齿轮一旦失效会造成重大设备事故与人员伤害。
齿轮失效最常见的一种形式是轮齿折断，齿轮的齿部发生断裂是整个机械工程领域中最为严重的一种，主要包括随机折断、过载折断和疲劳折断，为了避免发生轮齿折断就要求轮齿有一定的强度，而齿轮强度与热处理工艺、制造工艺和微观组织等密切相关，齿轮常用的热处理工艺是渗碳淬火，热处理工艺不当会造成硬化层深度不合格和表面硬度不符合要求等，从而导致齿轮断裂失效。
某钢厂在使用减速机的过程中某一齿轮突然发生失效，且轮齿多处发生断裂。
为了排除使用不当所造成的断裂，找到齿轮失效的真正原因，有必要进行检验分析，从而提高设备运转效率。
1.减速机齿轮理化检验结合上述工况概述，对该设备出现减速机齿轮轴损坏后的轴部理化性质进行检验，相关内容表述如下。
①宏观检验，宏观上来看，减速机齿轮轴没有受到明显的外部损伤影响，其中主轴上不存在外伤且形状完好，轴上的齿轮出现明显的裂痕。
对细节进行观察后发现，断裂的齿轮轮面有较大的拓展放射区域，其中出现裂痕的区域与拓展的方向基本一致，在端口处进行分析，发现明显的直接拓展断裂的痕迹。
在未发生断裂的齿轮上可以看到挤压类型的损伤，其挤压破碎的形貌比较一致，可以表明该齿轮在工作过程中持续受到较大的外力影响与作用，最终导致出现了损坏。
②微观检验，为了微观分析，首先对齿轮上组织进行取样，随后将其进行简单的样品制作后置于电子显微镜下观察金相结构情况。
11 15齿轮传动中齿根断裂
轮齿根处的断裂因素和维护方法轮齿断裂一般发生在齿根部位。
一种是由于法向压力Fn沿齿面移动，齿根应力不断变化（若单侧受力，齿根弯曲应力为脉动循环应力；若两侧受力，齿根弯曲应力为对称循环应力），同时有应力集中，致使齿根发生疲劳裂纹。
经历长期应力循环，裂纹不断扩展，导致整个轮齿出现疲劳折断。
另一种是由于短时间严重过载，致使轮齿突然折断。
折断形式，可以从断口上进行判断，疲劳折断由于在产生微裂纹疲劳源处反复挤压扩展，最后导致折断，所以断口大部分区域比较光亮、平整。
而突然折断的断口比较粗糙。
此外，较为常见的还有随机断齿，随机断齿是指意外情况引起的断齿。
其显著特征是轮齿折断部位不是在轮齿齿根弯曲应力最大的地方，它可能是在轮齿上的任何一个部位折断，包括整齿折断或在齿上有缺陷的部分折断。
分析设计参数选择不合理设计时选用的齿轮模数偏小，致使齿根弯曲应力较大，安全系数处于临界值时，负荷的增大，如产量提高、设备老化、产品变更等情况下，都可能引起齿轮轮齿的折断。
使用维修不当例如，新设备投产时，齿轮传动有个跑合期，在跑合期由于制造及装配均有误差，以及表面凹凸不平等原因，相啮合的轮齿实际上仅部分齿面相接触，因而在初期运转的过程中，这些最初接触的部分，因单位面积受力较大，就会首先出现磨损现象。
但当齿轮运转1个时期之后，相啮合的齿面间实际接触面积增大，单位面积上所受的力就相对减小，润滑条件也得到进一步改善，于是这种初期齿面磨损的现象便会逐渐趋于消失。
这个过程即是齿轮传动的跑合（磨合）。
在齿轮传动的跑合过程中出现的齿轮磨损现象，即称为跑合磨损。
由此可知跑合磨损不仅对齿轮无害，而且是新齿轮传动在试运行过程中必经的历程。
齿轮传动跑合时间的长短，与其中较硬齿面的粗糙度有关。
如较硬的齿面粗糙，跑合时间就长；较硬的齿面平滑，跑合时间就短。
因此设计时要求较硬的齿面具有较小的粗糙度。
实践证明，齿轮跑合愈好，啮合情况愈理想。
跑合过程中为避免发生磨料磨损应定期更换润滑油。
工程机械变速箱齿轮断齿失效分析
工程机械变速箱齿轮断齿失效分析目录一、内容简述 (2)1. 内容概要 (2)2. 研究背景与意义 (3)3. 国内外研究现状 (4)二、失效齿轮基本状况及影响因素分析 (6)1. 失效齿轮概况 (7)2. 影响齿轮断齿的因素 (8)三、变速箱齿轮断齿失效形式与特点 (9)1. 断齿失效形式 (10)2. 断齿失效特点 (11)四、变速箱齿轮断齿失效原因分析及机理研究 (12)1. 齿轮材料与设计因素 (13)2. 制造工艺与质量控制 (15)3. 齿轮受力与疲劳损伤机理 (16)4. 环境因素与运行管理 (17)五、预防与减少变速箱齿轮断齿失效的措施与建议 (18)1. 优化设计与选材 (20)2. 加强制造工艺与质量控制 (21)3. 加强运行管理与维护 (22)4. 改善运行环境 (23)六、案例分析 (24)1. 案例一 (25)2. 案例二 (26)3. 案例分析总结 (28)七、研究展望与总结 (29)1. 研究展望 (30)2. 研究总结 (31)一、内容简述本文档旨在对工程机械变速箱齿轮断齿失效现象进行深入分析，以期为工程机械设计、制造、维修和使用提供有益的参考。
通过对齿轮断齿失效原因的探讨，我们可以更好地了解齿轮在工程机械中的重要作用，以及如何通过改进设计、选用合适的材料和实施有效的维护措施来提高齿轮的使用寿命和性能。
本文档首先介绍了齿轮断齿失效的基本概念和分类，然后详细阐述了齿轮断齿失效的主要原因，包括齿轮材料、制造工艺、润滑条件等方面的因素。
我们将对这些原因进行具体分析，并提出相应的解决措施。
本文档还对齿轮断齿失效的检测方法和评价标准进行了介绍，以便工程师在实际工作中能够准确地判断齿轮的失效情况，并采取有效的预防和修复措施。
1. 内容概要本报告旨在对工程机械变速箱齿轮的断齿失效进行深入分析，以提高齿轮系统的可靠性与寿命。
将介绍齿轮断齿失效的基本概念、特点及可能的原因。
将对齿轮材料、制造工艺、设计参数、载荷状况等可能影响齿轮断齿的因素进行详细探讨。
浅谈手动变速器齿轮齿断裂原因
浅谈手动变速器齿轮齿断裂原因引言齿轮是机器中传递功率和运动的重要部件。
与皮带、链及摩擦轮传动等相比，由于齿轮传动具有传动准确、传动平稳、结构紧凑，传动效率高等优点，且速度、传动比、传动功率的范围大，不仅可用于减速和增速，同时能够完成各种速度、各种功率下的传动，因而齿轮传动在汽车领域得到了广泛的应用。
然而由于齿轮一般无过载保護作用，因而对传递大功率金属齿轮，要求有较高的质量要求和良好的安装、组合，，否则传动时会出现较大噪声、振动以及冲击，易于造成损伤失效，导致发生重大安全事故。
1 失效情况某车型车辆在行驶中，挂五档时严重异响，行驶里程2453km。
拆解变速器检查为中五档齿轮损坏所致，更换中间轴五档齿轮组件后故障排除。
2检测2.1 失效样品检查拆解下来的中五档齿轮，发现中五档齿轮连续5个齿发生断裂，第6个齿面向断齿侧有长约10mm的压痕，其它齿牙基本保持完整。
结合中五档齿轮的转动方向与受力方向判断，失效的扩展路径如图1中红色箭头所示。
图 1 中五档齿轮2.2 断口形貌对断口进行微观分析，发现在断口两侧靠近热加工面约3mm的区域，断口形貌为晶间断裂，沿晶断口未发现第二相粒子，晶粒尺寸在30μm左右（见图2）。
晶界弱化后齿轮在工作中受力逐渐形成微裂纹，微裂纹相互贯穿，当尺寸达到临界值，就会形成疲劳裂纹，在断口中部可以观察到明显疲劳辉纹（见图3），疲劳辉纹弧线清晰，条带细密，具有振动疲劳扩展特征现[1]。
图 2 断口沿晶特征图 3 断口疲劳辉纹2.3硬度分析2.3.1 硬度对断口中部剖面进行洛氏硬度检测[2]，结果见表1。
2.3.2 淬硬层深度在剖面不同位置进行淬硬层深度检测[3]，结果见表2。
3 分析讨论3.1裂纹萌生在失效齿尖1-5的断口上均发现了沿晶断裂区和疲劳条纹区。
通过断口剖面的金相观察发现，沿晶断裂区和疲劳条纹区之间存在明显的裂纹区，是疲劳裂纹产生的根源所在。
断口的沿晶断裂区和疲劳条纹区与剖面的淬硬层组织和基体组织一一对应。
曲轴齿轮的平衡轴断裂原因
曲轴齿轮的平衡轴断裂原因曲轴齿轮 -平衡轴断裂原因单缸柴油机修理时要注意消除平衡轴断裂的原因。
现将导致平衡轴断裂的有关原因总结如下：(一)轴承松旷。
所谓平衡轴轴承松旷，引起座孔不正常磨损的常见原因为发动机平衡不好，流动轴承运转不灵活，平衡轴两端座孔同轴度超差，平衡轴轴向游隙过大等。
座孔磨损增大后，运转平衡轴承受过大的冲击负荷，导致平衡轴断裂。
(二)装配错误。
在柴油机拆装、修理过程中，有时会将平衡轴装错，例如装正时齿轮时把正时记号装错了。
这时平衡机警不仅不能起平衡作用，反而会引起更大的振动，从而造成平衡轴的断裂。
(三)齿轮啮合不良。
平衡轴齿轮和与之啮合的齿轮中轴线平等度超差，相啮合的齿轮在传动过程中发生卡滞，使平衡轴受到周期性的弯曲应力，从而导致平衡轴疲惫断裂。
2拆装曲轴连杆机构及注意事项1.安装注意事项①安装前必须将零件清洗干净，检查配合间隙，进行技术鉴定。
对不符合技术要求的零件必须修理或改换。
②活塞顶部的涡流室凹坑和连杆小端的润滑油孔应同在一方，且必须向上。
③改换新缸套时，应在装阻水圈前，把缸套装入安装孔内，检查其凸出机体高度，符合要求后，方可正式安装。
S195柴油机缸套如磨损不大，同意转动90 使用。
S195柴油机缸套不能转动使用。
④安装环时，注意不要刮伤活塞和折断活塞环。
镀铬环应装在第1道环槽里。
第2、3道气环内缘有切槽的，应使切槽向上;外缘有切槽的，应使切槽向下。
油环外缘上的倒角应向上。
四环组活塞环的二、三道气环为锥形环，安装时应使环上打有丄或┬的一面向上。
装组合油环时，应先装衬环，其两端不得堆叠和弯曲，后装下面一道平环，使其压住衬环开口，再装波形环和上面两道平环。
采纳四环组活塞环或组合油环时，应把油环装入第1道油环槽。
活塞连杆组在装入气缸前，应在活塞和缸套表面涂一层新鲜机油。
装入时，应使活塞环的开口互相错开120 ，并避开涡流凹坑和活塞销孔处，避开活塞承受侧压力位置。
活塞环装入缸套时应使用专用工具(铁皮制的夹圈)。
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概况描述：生产上的齿轮轴在使用两个星期后，突然发生断齿，给生产造成了很大的损失。
为了弄清楚产生断裂的原因， 1、化学成份分析
从成份上看，大有材料为38 Cr Mo Al ，小的材料为20 Cr MnMo 2、宏观形貌
大：断口处晶粒粗大稍发亮，为脆性断裂。
小：断口处晶粒细小，瓷性灰色断口，为韧性断裂。
（如图示）
3、金相组织分析 （1）大的金相组织 100X 40X
200X
齿轮表面的渗氮层厚：0.30mm ，渗层硬度801HV 1，表面有数条垂直于表面的微裂纹，裂纹周围组织无脱碳，裂纹长度稍长于渗层。
200X
断裂处的显微组织形貌
200X
中心组织：回火索氏体加屈氏体加条状及半网状铁素体。
(2)小的金相组织
200X
40X
齿轮渗碳层厚1.5 mm，有效硬化层厚0.8 mm，表面有数条细小的裂纹沿晶向里延伸，渗层硬度637HV1。
200X
表面渗碳和过渡区组织，表面为高碳马氏体和细小的颗粒状碳化物，往里为马氏体组织。
500X
中心组织：低碳板条马氏体组织。
4、原因分析
（1）大的材料为氮化钢，小的材料为渗碳钢，符合材料的牌号。
（2）从金相组织上分析
大的心部组织为回火索氏体加屈氏体加条状、半网状的铁素体，为非正常的调质组织，这是因为淬火时，由于加热温度太低或保温时间太短，使铁素体未能完全溶解，经过淬火、回火后，仍存在于基体中。
调质后出现这种组织，属于不良的显微组织。
齿轮表面有数条微小的细裂纹，这些裂纹的产生是氮化时，由于氮在铁素体中的扩散速度较大，氮化后铁素体中的氮浓度较高，易形成须状氮化物从而从使氮化层脆性较大。
因此渗层组织不均匀（？），致使在使用过程中齿根部受到拉应力的作用而导致脆性断裂。
小的渗碳淬火后心部组织为粗大（？）的板条马氏体组织，综合性能比较好，（为热处理过程中温度失控？），渗碳后表面的碳含量很高，在淬火过程中由于应力过大（是有可能）产生裂纹或微裂纹。
出现在粗针马氏体针叶上，与马氏体的惯析面成一定的角度，且相互平行。
这种淬火后出现的小裂纹在没有及时回火的情况下，就没法弥补，使疲劳强度和使用寿命降低。
表面的这些微小的细裂纹的缺陷的存在致使齿轮在使用的过程中受到拉应力的作用而导致断裂。
5、结论
大：预处理组织不合格导致后序的氮化处理过程中组织应力的作用而产生的裂纹是崩齿的主要原因。
小：表面渗碳零件淬火过程中产生的裂纹是崩齿的主要原因。
摘要：齿轮轴在使用过程中发生断齿现象，给生产造成了严重的损失。
为了弄清楚断齿产生的原因，进行了一系列的物理化学试验。
通过金相组织的分析，得知产生断裂的原因是预处理组织不合格。