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齿轮轮齿损伤的术语,特征和原因-齿面疲劳(GB3481-83)

Tags: T螺旋伞齿轮转向箱    发布时间: 2014-11-04
齿面疲劳Surface Fatigue
齿面疲劳是由表面或次表面的疲劳裂纹扩展而成的一种齿面损伤,它取决于相啮合齿面的接触应力和应力循环次数。
齿面疲劳裂纹常呈现为不规则的细线状。疲劳裂纹扩展的结果,使齿面金属脱落而形成凹坑。这些凹坑的大小,视材料性能、载荷大小等因素而定。这些凹坑,有的不再扩展,有的则不断扩展而连成一片。
2.1 点蚀Pitting
它是一种齿面呈麻点状的齿面疲劳损伤。
2.1.1 早期点蚀Initial Pitting
出现的麻点一般较小、数目不多,常发生在局部过高应力区。齿面跑合后,接触应力趋向均匀,麻点不再继续扩展。如果早期点蚀的点蚀坑面积在工作齿面上占的比例过大,就会发展成为破坏性点蚀。
早期点蚀
图13 早期点蚀
船舶齿轮m=5mm,材料40Cr硬度HB255~280,轮齿工作齿面节线附近呈现较细小的麻点。
早期点蚀
图14 早期点蚀
试脸齿轮m=5mm,材料45号钢调质,运转不久齿面出现少量麻点,直至循环次数大于107,麻点也未扩大。
通常早期点蚀是由于相啮合的齿面贴合不良造成局部过载而引起的。齿形误差、齿面凹凸不平或轴姆歪斜等都能导致这种损伤。
2.1.2 破坏性点蚀 Destructive Pitting
这种点蚀的麻点,常比早期点蚀的大而深,一般首先出现在靠近节线的齿根表面上,并且不断扩费,最后导致轮齿失效。通常破坏性点蚀是由于齿面上过高的应力引起的,随着应力循环次数的增多,叙点蚀不断扩展,从而导致运转不良和噪声增大。
破坏性点蚀
图15 破坏性点蚀
轧钢机齿轮m=16mm,材料40Cr ,节线附近齿面点蚀麻坑扩展,几乎达整个齿宽。
2.2 剥落Spalliog
剥落是指齿面上的材料成片剥离的一种轮齿损伤.剥落坑的形状不规则,一般较为浅平,而且比点虫坑大些。
这种损伤通常都是在过高的接触应力反复作用下,疲劳裂纹发展到一定程度后齿面材料碎裂而形成的。
剥落可以在点蚀坑的边缘碎裂扩大连接而成,这种情况一般在中硬材料的轮齿上最为常见。
表面硬化处理的轮齿,由于材料缺陷、热处理毛病、磨削过热以及载荷过大等原因使齿表层或次表层的应力超过该处材料的极限应力,裂纹就在表层或次表层内产生。然后裂纹在表层内或沿着齿表层软硬过渡区延伸和扩展,齿面金属被压碎呈片状剥落而形成剥落坑,这种剥落损伤通常也称表层压碎。
剥落
图16 剥落
轧钢机人字齿轮mn=33mm,材料4oCr,硬度HB 217~255,齿面大块剥落是由点蚀坑碎裂扩展而成。
剥落
图17 剥落
铝铁青铜蜗轮m=20mm,呈现大面积剥落。
剥落
图18 剥落
汽车齿轮m=9.879mm,材料20MnVB,渗碳淬火表面硬度HRC56~62,由于载荷过大造成齿表面金属压碎剥落。
剥落
图19 剥落
本图为图18 齿轮轮齿的金相试样局部放大,约3.5 倍。
剥落
图20剥落
汽车齿轮m=9.879mm,材料20MnVB,渗碳淬火表面硬度HRC56~62,硬化层过渡区的裂纹扩展到齿面造成齿面材料大片脱落。
剥落
图21 剥落
本图为图20 齿轮轮齿的局部放大,约3.5倍,由图可见过渡区裂纹的扩展情况。
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