二级齿轮轴齿面裂纹原因分析报告
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。
齿轮油泵传动轴断裂机理分析及预防措施
４ 防止断裂措施和建议
结合上述疲 劳断裂机理 的分析 ， 建议采取如下措施防止类似
断裂事故的再次发生 ： （ １ ） 严 密 监 控传 况 ， 尽
在周 期性转矩作用 下， 应力集 中处的初始微裂纹不断发生扩 展。 当裂纹扩展 到一定尺 寸后， 传动 轴的剩余部 分不足 以承 受载 荷 的作用 ， 因此发生瞬 时断裂 ， 最后导致整个 传动轴发 生疲劳断 裂。 由于轴受扭转应力作用时 ， 最大应 力方 向为环 向， 因此裂纹扩 展沿着 与轴线 垂直的方 向进 行， 最终形成 的断 口整体呈现正断特
系金属材料工程专业 ， 大四在校 生。
（ 上接 ７ ６页 ）
［ ３ ］ 张 厚美 ； 薛佑 刚 ．岩 石可 钻性表 示 方法探 讨 ［ Ｊ ］ ．钻 井工
艺 ，１ ９ ９ ９ ， １ ３ （ １ ）： １ ０ — １ ３ ．
Ｚ ｈ ａｎ ｇ Ｈ ｏ ｕ ｍｅ ｉ ． Ｘ ｕ ｅ Ｙ ｏ ｕｇ ａ ｎ ｇ． Ｒｏ ｃ ｋ ｄ ｒｉ ｌ １ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
ｌ ｎ ｍ
应进行表面 处理。 具有相似 作用的常用表面处理方法 包括 ： 激光
图 ８疲 劳裂纹扩展三个阶段示意图
熔覆 、 热喷涂 、 电镀 、 化学镀等 ， 这 些技 术在零件表 面处理方 面应
技术 也相对成熟 ， 建议在 以后类似 的传 动轴发 生相似损 第 １阶段通常是起 始于金属 表面 的初始裂 纹处， 扩展方 向为 用很 广， 以提高备用件 的使用 寿命 。 最大切应 力方 向 （ 与主应 力成 ４ ５度角 ） ， 沿晶面 向内扩展 。 由于 坏时有选择地采用相应技术 ， 不 同的晶粒 的位 向不 同， 并且存在在 晶界的阻碍作 用， 因此随着 裂 纹的 向内扩展 ， 其扩 展方 向逐渐转 向和主应 力垂直 。 第 一阶段 的裂 纹扩展深度 很小 ， 通常约为几个 晶粒范 围。 若表面 受到力 的 作用 ， 则会导致很难观察到第一阶段的裂纹扩展 。 疲劳 裂纹扩 展第 １ Ｉ阶 段的 主要特 征是裂 纹扩 展方 向与主 应力相垂直 ， 当承 受扭转载荷 时， 该 主应 力方 向为传 动轴 的环 向 （ 或切 向 ） ， 与该方向垂直的方 向为轴向或径 向， 在本例 中这一方 向为径 向， 即垂 直于轴 向的截 面。 在这一阶段 ， 裂 纹尖 端的塑性区
起重机减速机齿轮轴断裂原因分析及改进措施探讨
起重机减速机齿轮轴断裂原因分析及改进措施探讨摘要：起重机在钢铁等冶炼行业中有着十分重要的应用，而减速机作为起重机中非常关键的设备，对整个起重机的使用性能有直接的影响。
起重机的主起升减速机在实际使用的过程中，会出现减速机齿轮轴断裂的情况，从而导致起重机的主钩会出现溜钩的事故，严重威胁现场作业安全。
针对这种情况，本文对起重机减速机齿轮轴的材质、力学性能以及制造安装精度等多个方面多齿轮轴断裂的原因进行分析，明确具体原因，在此基础上提出改进措施，避免起重机减速机齿轮轴出现断裂的情况，从而保证作业现场的安全。
关键词：起重机减速机；齿轮轴断裂；原因；改进措施0引言在起重机中，减速机是传递扭矩非常重要的部件，其各级齿轮轴在实际工作的过程中，会受到起重机制动时产生的冲击载荷作用以及正常运行时的扭转力作用。
在这两种力的作用下，会对减速机运行的性能产生影响，而为了保证起重机能够安全稳定的运行，必须确保各个零部件的可靠性。
本文以某型起重机为例，其主升减速机在运行过程中出现高速齿轮轴断裂的情况，导致起重机的主钩出现溜钩事故。
该型起重机的额定载重为90t，跨距为22m，主减速机齿轮传动比为50，输入轴的最小直径为70mm，齿轮轴使用的材料为42CrMo。
为了避免起重机在后续使用的过程中出现重大的安全事故，本文以此为分析案例，对起重机中减速机高速齿轮轴断裂的原因从多个角度进行分析，明确具体的原因，制定相应的改进措施，从而保证起重机的使用安全。
1断裂情况减速机齿轮轴断裂的具体情况如图1所示，根据实际情况，发现断裂的位置是在轴径70mm与轴径85mm之间的台阶处，通过观察发现齿轮轴此处的台阶没有明显的圆角，并且加工质量较为粗糙。
在高速轴油封的位置发现多条因摩擦而产生的光带。
整个端面呈暗灰色并且垂直于主轴线。
在断面的起始区域存在较多的小台阶，台阶处没有较为明显的圆角，在接近表面的部位存在摩擦挤压过的痕迹，并且有多个裂源，导致出现多源疲劳特征。
减速箱大齿轮裂纹产生原因分析以及控制
减速箱大齿轮裂纹产生原因分析以及控制摘要：湘钢轧机减速箱大齿轮，在使用过程中总是出现裂纹。
本文对这一现象产生的原因进行了分析，并切合实际提出了改进的方法。
关键词：裂纹面接触疲劳强度弯曲疲劳强度偏载1 绪论近年来，湘钢高线粗轧机组三大减速机的齿轮经常发生裂齿、断齿的设备事故。
该公司特委托我们为他生产同类齿轮，原材料采用40cr钢，但是在投入使用后还是经常发生断裂。
裂纹从齿面开始，延伸到端面，长度达5厘米。
从理论上讲，齿轮的更换周期在5年以上。
而我们生产的该齿轮产品二年左右就需更换，甚至更短，为什么呢？2 对大齿轮面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度进行校核2.1 粗轧减速机传动原理图2.2 减速机各输出轴上工作扭矩的确定计算时可从两个方面入手：一是从电机的额定功率入手，然后再将工作转矩折算到其输出轴上去；二是可从图1中5#-7#轴的实测轧制力入手推算出工作转矩，然后再折算到输出轴上。
电机额定功率折算到接减速机2的输出轴的工作转矩：计算参数：电机功率：2000kw电机转速：517转/分主减速机输入轴至输出轴速比：i12=3.73总效率：η=0.995×2×0.98=0.97两对滚动轴承效率：0.995×2一对齿轮啮合效率：0.98查《机械设计手册》表1-4：t=9550（p/n）iη=9550××3.73×0.97=136393.9nm从上述方法折算主减速机接减速机2的分配输出轴的工作转矩的结果来看，说明目前粗轧机组所用的功率还没有达到电机的额定功率，事实也如此，目前电机功率大约为1800kw。
在校核时，还是按电机额定功率折算的结果来计算。
2.3 接触疲劳强度校核①析圆上的圆周力ft=2000·t/d2=173784n（t的结果见前）。
②工作状况系数ka=1.75（查《机械设计手册》表8-119确定）。
③动载系数kv按v·z2/100=8.4，εβ=6.29，7级精度，查图8-33得kv=1.38。
地铁齿轮箱齿轮轴齿面点蚀失效探究
a.齿面有麻点的中间齿轮轴b.齿面麻点形态图1 中间齿轮轴与齿面麻点分布形态图2 齿表面磨削后的粗糙度形态和麻点所处部位1.2 硬度测定1/2齿高距齿表面0.1mm处硬度为677HV0.2（相当于59.0HRC），心部硬度为41.5~42.0HRC（齿根圆与轮齿中心线相交处）。
1.3 磨削烧伤检查将齿面清洗和轻微打磨后进行磨削烧伤检查，结果齿面有条状的轻微烧伤（一般是允许存在的）。
在体视显微镜下可看到，剥落麻坑正处于轻微磨削烧伤的条带内（见3）。
麻坑大小不一，但均较浅，麻坑局部有相连外，一般均独立存在（见图4、5）。
1.4 化学成分分析结果如表1所示，符合相关技术要求。
2020年9月（下）/ 总第269期表1 化学成分表元素（%）失效件与标准C Si Mn P S Cr Ni Mo 中间齿轮轴0.190.230.730.0100.004 1.69 1.410.2818CrNiMo7-6钢0.15~0.210.17~0.350.50~0.90≤0.020≤0.0151.50~1.801.40~1.700.25~0.351.5 齿面渗碳淬火硬化层深度测定从有麻坑剥落的齿部取样检查，结果有剥落麻坑的齿面渗碳淬火硬化层深度为CHD550HV0.2=1.15mm，无剥落麻坑的齿面渗碳淬火硬化层深度为CHD550HV0.2= 1.17mm。
从齿部取样磨制抛光后，按GB/T 10561-2005标准检查和A法评定，结果A类夹杂物为0.5级、B类和D类夹杂物均为1级、DS类夹杂物为1.5级。
1.6 显微组织检查（1）直接在齿面轻微抛光浅浸蚀后观察，齿面有呈条带状分布的不规则剥落坑，有的剥落坑的尾端和其周围出现微裂纹形态，如图6所示。
（2）垂直于齿面和剥落坑剖开磨制抛光浸蚀后观察，在剥落坑的周围未见有明显的组织变化，剥落坑深度也较浅，仅为0.01~0.015mm（齿表面在做磨削烧伤检查时经细砂纸轻微打磨，实际剥落坑要比测量的略深一些），如图7~10所示。
某齿轮减速箱主轴断裂原因分析王杜娟
某齿轮减速箱主轴断裂原因分析王杜娟发布时间：2023-06-16T02:50:12.177Z 来源：《工程管理前沿》2023年7期作者：王杜娟[导读] 某装置减速箱主轴断裂。
我院进行了宏观检验、合金元素检测、硬度检测、渗透检测、金相检验、运行工况分析。
根据分析可知该轴断口为明显疲劳断裂特征，轴表面存在同时有大量凹坑和磨损痕迹，分析运行期间同步齿轮处的轴表面已发生明显磨损。
磨损容易造成轴表面出现局部剥离，产生凹坑，凹坑部位在长期交变载荷的作用下容易形成裂纹源，进而发生扩展出现断裂。
中国石化股份有限公司天津分公司装备研究院天津大港 300271摘要：某装置减速箱主轴断裂。
我院进行了宏观检验、合金元素检测、硬度检测、渗透检测、金相检验、运行工况分析。
根据分析可知该轴断口为明显疲劳断裂特征，轴表面存在同时有大量凹坑和磨损痕迹，分析运行期间同步齿轮处的轴表面已发生明显磨损。
磨损容易造成轴表面出现局部剥离，产生凹坑，凹坑部位在长期交变载荷的作用下容易形成裂纹源，进而发生扩展出现断裂。
关键词：减速箱；轴；断裂；疲劳；磨损0引言某装置当班人员中午12：18发现现场有异响，发现减速箱从动输出轴靠近螺杆处有白烟冒出，初步判断径向轴承磨损，立即停机检查。
查看停车前主机电流和轴承温度趋势，发现停机前有电流跳变，从正常运行130A左右，在12：05：28跳至174A左右，迅速回落至136A 左右一直稳定，直至12：30左右手动停机。
停车后拆顶部观察孔，观察轴承和齿轮状况，发现主动输出轴同步齿轮与轴承箱侧板发生磨损，主动输出轴轴头部位有整体向螺杆方向位移。
减速箱解体后发现主动和从动输出轴螺杆侧径向轴承有轴向位移，螺杆侧径向轴承保持架有变形、断裂，齿轮确实发生磨损，此时轴还是整体轴，初步判断轴断裂部位在在同步齿内部，详见图1。
把同步齿轮从轴上拆下，发现轴在同步齿内部近电机侧部位发生断裂，且断裂部位有破断的碎块存在。
取样过程中发现轴其他部位也存在裂纹，详见图2。
齿轮轴断裂及轮齿折断原因分析与改进
相应的措施 ， 从而增加了零件的可靠性 ， 延长 了零件的使用时 间。
关键词
１ 概
述
涡 轮 工作腔 泵 轮
１ １ 液 力耦 合 器的结构及 工作原 理 ．
我公 司三胺 四车 间 （ ４ ５套装 置 ）３１载 第 、 Ｊ０ 气压缩机 组主机 为沈 阳鼓 风机 厂制造 的离心式 压 缩机 （ 型号 Ｍ Ｌ０ － ， 动 机 为 两 级 异 步 电 机 Ｃ ６４６） 原
均 为直齿 圆柱齿 轮。
环油泵 出现过几次故 障：０８年 ６ １ ２０ 月 ６日， ４ 第 套 机组例行 修理 ， 查油泵 齿轮 的啮合情 况时 ， 检 发
现 主动齿轮 和从 动齿 轮 的轮齿 表 面磨 损 严 重 ， 深 人 检查后发 现其 中一组循 环油泵 的齿 轮轴在轴 肩 处 断裂 ， 其作 了换 件处 理 ；００年 ３月 １ 对 ２１ ８日检 查第 ４套机 组时发 现 １ 个从 动齿 轮上相邻 的 ２齿 发 生 了折 断 ；０ ７年 ７月 １ 日第 ５套 机 组 发 生 ２０ ３ 液 力耦合器 油泵齿 轮轴 断裂 ， 进行 了抢 修 。
（ ０ Ｗ） 通 过 液力 耦 合 器 （ 连 液力 机 械 有 １４０ ｋ ， 大 限公 司 生 产 ， 号 Ｙ Ｔ Ｃ ０ ／ ０ ０， 速 ２ ８ 型 ＯＧ ５０３０ 转 ９０ ｒｒ ｎ 与增 速器相联 接 ， 动压缩 机 ， 与轴 之 间 ／ ｉ） ａ 带 轴 用金 属膜 片联 轴器连 接 。
路进 入进油 室后通过 泵轮底 部轴 向小 孔进入 泵
轮与涡 轮之 间的空 间 ； 另一路到 各轴 承进行润 滑 。
为变位 齿 轮 ； 动 齿 轮 ， 数 ２ ５ 齿 数 ６ 、 径 从 模 ．、 Ｏ外
１６ｍｍ（ 准为 １５ｉ ｎ ， ５ 标 ５ ／） 为变位齿 轮 。 ｎ １２ 故障情 况 ．
齿轮裂纹产生的原因
齿轮裂纹产生的原因齿轮裂纹是指齿轮表面或内部出现的裂纹现象。
它是齿轮在运行过程中由于各种原因造成的一种常见故障现象。
齿轮裂纹产生的原因主要有以下几个方面：1. 材料问题：齿轮的材料质量是影响其使用寿命和抗裂性能的重要因素。
如果齿轮材料的强度、韧性、硬度等性能不达标，就容易在使用过程中产生裂纹。
另外，材料的组织缺陷、夹杂物等也会导致齿轮的脆性增加，从而加剧裂纹的产生。
2. 加工工艺问题：齿轮的加工工艺对其裂纹产生也有一定影响。
加工时如果存在切削温度过高、切削速度过快、切削刃磨损严重等问题，都会导致齿轮表面或内部产生应力集中，从而加剧裂纹的产生。
此外，如果加工过程中存在严重的振动、冲击等问题，也有可能引起齿轮的裂纹。
3. 轴向负载问题：齿轮在工作时承受着来自传动系统的轴向负载。
如果负载过大或不均匀，就会导致齿轮产生应力集中，从而引起裂纹的产生。
此外，如果齿轮的设计不合理，如齿轮齿数过少、齿面宽度不足等，也容易造成齿轮在工作过程中产生裂纹。
4. 使用环境问题：齿轮是在各种复杂的使用环境下工作的，如高温、高湿、腐蚀等。
这些环境因素都会对齿轮的性能产生一定的影响，进而影响齿轮的抗裂性能。
例如，高温环境下齿轮的热膨胀系数增大，容易产生应力集中，从而加剧裂纹的产生。
5. 维护保养问题：齿轮在使用过程中需要进行定期的维护保养，以确保其正常工作。
如果维护保养不到位，例如润滑不良、清洁不彻底等，都会导致齿轮的摩擦增大，从而加剧裂纹的产生。
针对以上几个原因，我们可以采取以下措施来预防和减少齿轮裂纹的产生：1. 选择合适的材料：在设计和制造齿轮时，应选择具有良好的强度、韧性和硬度的材料，并加强对材料的质量控制，以确保齿轮的耐裂性能。
2. 优化加工工艺：在齿轮的加工过程中，应合理选择切削工艺参数，控制好切削温度和切削速度，避免振动和冲击等问题，以减少裂纹的产生。
3. 合理设计齿轮：在齿轮的设计过程中，应充分考虑齿轮的承载能力和受力情况，合理选择齿轮的齿数、齿面宽度等参数，以提高齿轮的抗裂性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二级齿轮轴齿面开裂原因分析报告
一、 情况简述：二级齿轮轴经试机运行后开箱检查发现齿面上存在裂纹缺陷，如1图所示：裂纹出现在分度圆与齿根之间沿着轴向伸长，其外观已呈开放型并以相同的形式分布在多个轮齿的同一侧齿面上。
该零件采用20CrMnTiH材料制造、模数m n=12，滚齿后经渗碳淬火热处理要求为：⑴ 磨齿
前硬化层深度 2.5~2.8mm（界限值550HV1），齿面经磨削加工后成品有效硬化层深度2.0~2.2mm（界限值550HV1）;⑵ 齿表面硬度58~62HRC，心部硬度33~48HRC;⑶ 金相按JB/T6141.3《重载
齿轮渗碳金相检
验》，表层组织：马
氏体、残留奥氏体
1~4级合格，碳化
物1~3级合格；心
部组织1~4级合
格。
为分析齿面裂
纹形成原因，在图
1所示多个白色印
记处割取试样检
查，结果报告如下：
二、金相分析及显
微硬度检查：从多
处切割试样观察裂
纹断面均呈现如图
2所示弧线形态，
图示裂纹环绕经过
齿面表层 1.60mm
深度范围，裂隙内
部及附近无夹杂
物、无疏松等材料
缺陷，浸蚀检查：⑴ 表层组织：多段查看裂纹及附近最表面层显现出断面为月牙状白色区域，如图3所示为其中较小的一处可窥见其全貌，是典型的磨削产生二次淬火组织，图4显示一条裂纹穿过二次淬火层的情形，图5为二次淬火层较深的部位：白色区域深度达到0.27mm，紧邻的次表层为深色过度回火组织(测得该处最低显微硬度值仅451HV1），此处测得复合型总变质层
深度接近1.6mm；检查渗碳淬火表层金相组织，马氏体及残留奥氏体2级，如图6所示为齿顶部位同时存在断续点状和细条状碳化物，呈不均匀的网状分布综合评定为4级；经磨削后的齿面表面碳化物级别为3级。
⑵ 心部组织：如图7所示心部铁素体评为5级。
三、宏观硬度及硬化层深度检查：⑴ 表面硬度:从齿顶测量59.5,60.5,60HRC;⑵ 硬度梯度及硬化层深度：在齿分度圆处测量数据见表1，绘制硬度梯度曲线如图7，由此测得该齿轮轴成品齿面分度圆处有效硬化层深度：1.93mm （界限值550HV 1）；由图可见因磨削烧伤从0.7mm 深度起，向
外硬度呈下降状态最表层硬度值低于400HV 1;⑶心部硬度：26.5，28，27HRC。
四、分析与结论：（1）以上检查显示齿轮轴齿面开裂处无原材料缺陷，齿面裂纹的产生明显由磨削引起。
因磨削工艺控制不当使磨齿加工表面温度急剧上升，形成较深的二次淬火层和过度回火组织，随着组织改变材料的硬度、强度下降并带来表面比容变化产生较大应力，以及瞬间激烈热胀冷缩应力和切削加工力结合，超过此处材料仅有的强度极限，形成了与热处理淬火开裂状态相似的表面裂纹。
（2）从检查中发现该零件自身存在热处理质量缺陷：a、表面碳化物呈网状分布，会加大材料开裂倾向；b、心部硬度偏低与心部组织不符合要求，降低轮齿抗弯曲疲劳能力。
五、改进措施与建议：（1）磨削烧伤区分布在分度圆下近齿根1/3带上，客观上表明该处磨削加工余量最大，使之成为磨削缺陷易产生部位，应考虑适当减少此处热后磨削量；（2）查找磨削工序上的原因，从机器、磨具、操作、冷却效果等方面降低磨削发热现象、抑制磨削热的过多产生；（3）加强对热处理零件内在质量的监察，同时加强对产品外观缺陷的检查，防止不合格品甚至废品混入最后工序。
ＸＸＸＸ有限公司 生产中心 工艺组
钢 件 部 质量组
2009-10-10
表1 齿面裂纹处硬度梯度测量数据
至表面距离mm 0.05 0.1 0.2 0.3 0.40.50.60.8 1.0 1.2 1.6 1.9 2.0 2.2 心部硬化层深度硬度值 HV 1
347
458 507 546 583
602
652
699
699
675
647
559 531 505 287
1.93mm。