變速箱高速齒輪斷齒失效探析

李凱翔

摘要：伴隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，工程機械主要技術(shù)工藝受重視力度也逐步增強。尤其近年來，圍繞不同技術(shù)工藝的具體內(nèi)容，也開始開展探索和討論。本文主要針對變速箱高速齒輪斷齒失效進(jìn)行討論，首先從宏觀分析和工藝調(diào)查和組織觀察兩方面對變速箱高速齒輪斷齒失效予以了分析，接著針對齒輪斷齒失效進(jìn)行了相關(guān)的討論，最后提出了相關(guān)的改進(jìn)措施和建議，旨在為相關(guān)工作者提供借鑒與參考，防止日后工作中此現(xiàn)象的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：變速箱;高速齒輪;斷齒;失效

0 ?引言

隨著機械技術(shù)的進(jìn)步，汽車技術(shù)得到了很大程度的發(fā)展，車輛自動化程度越來越高，同時，汽車機械裝置結(jié)構(gòu)日益趨于精密化。變速箱高速齒輪作為一個非常重要的零部件，對汽車的動力、安全起著不可忽視的作用。

現(xiàn)階段工程機械中，零件失效是較為普遍的現(xiàn)象，機械零件的失效與多種因素有關(guān)，一般情況下多為微觀組織、加工工藝、使用工況等。而受到實際工作中不同機械微組織加工工藝和機械熱處理制度功能手續(xù)不同的影響，使得針對特定問題的具體解決措施存在明顯的差異，需要立足于實際情況來開展關(guān)于變速箱高速齒輪失效性的分析，并在結(jié)合實際情況的基礎(chǔ)上選擇切實可行的應(yīng)對方案，從而使零件失效問題得到充分的解決，以此達(dá)到控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的，另外，對機械零件進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量的控制管理是非常重要的。要改進(jìn)工藝，對失效工件進(jìn)行分析研究，以此來保證設(shè)備的正常運行。這對于客戶信任度的提升也具有積極意義。

1 ?變速箱高速齒輪斷齒失效分析

1.1 宏觀分析

根據(jù)實際情況了解到，如果某一機械底盤打起事故發(fā)生率大大提升，那么可以判定其失效形式主要是齒輪主動卡齒造成的，對此，主動齒輪為被動齒輪環(huán)節(jié)提供依據(jù)的功能性也將會失效。通常，失效情況下的部件行駛里程數(shù)約為1.3km左右。在實際工作當(dāng)中，個別小齒輪會受到頂端磨損嚴(yán)重而出現(xiàn)剝落的情況，這也是給施工機械設(shè)備造成進(jìn)一步磨損的重要原因，同時，整個底盤齒輪折斷現(xiàn)象也與小齒輪剝落有著直接關(guān)系。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計了解到，我國現(xiàn)階段絕大部分齒輪機出現(xiàn)故障都是受到惡劣環(huán)境下輪胎倒車而最終引發(fā)卡機故障導(dǎo)致的。車橋齒輪打卡打是以具體表面交互接觸力作用為背景，以具體相關(guān)順序為依據(jù)實施的齒輪波動，同時，機械表面也會出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，齒輪表層材料磨損和剝落情況由此出現(xiàn)，進(jìn)而致使整個齒輪的折斷或崩潰。

為防止齒輪斷裂，一般要考慮增大齒根齒厚或者增加齒輪寬度[1]，也可以考慮選用熱處理方法來提高齒輪內(nèi)部韌性和齒面的硬度[1]。同時，提高加工精度，降低粗糙度，提高齒輪與齒輪間的配合精度，改善齒輪齒面的載荷分布，對齒輪根部進(jìn)行一定的強化處理也是行之有效的方法。

1.2 微觀分析

針對容易發(fā)生故障的齒輪進(jìn)行微觀分析，主要考慮金相組織觀察與分析、硬度檢測、材料成分檢測和斷口分析[7]。

微觀分析主要考慮失效位置，隱晶馬氏體、殘余奧氏體、針狀馬氏體、低碳馬氏體組織、游離鐵素體組織與細(xì)小顆粒狀碳化物成分[7]。硬度檢測一般主要采用洛氏硬度測試和維氏硬度分析法，給出不同位置的硬度梯度檢測數(shù)據(jù)，在一定程度上為齒輪的設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。

1.3 工藝調(diào)查和組織觀察

在以主動齒輪和被動齒輪為核心展開調(diào)查工藝研究過程中，主要是在實踐中處理技藝輔助下實施的分析[1]。通常，熱處理步驟主要包括了清洗、氧化作用和鍛造等方面。主要是以國家通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)和參照，以此實現(xiàn)的對齒輪各技術(shù)的把控。同時，還要以相應(yīng)技術(shù)為手段，對鍛造前的齒輪記憶技術(shù)和使用效能實施檢測和分析。在鍛造后，要由專業(yè)檢測人員來對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢驗，并從中淘汰和處理不合格產(chǎn)品。而對于經(jīng)過檢測的合格產(chǎn)品來講，要注重對其的保護、研究與應(yīng)用，這樣既可以為后續(xù)合格產(chǎn)品加工提供重要參考，又能夠重復(fù)性工作，有助于整體齒輪使用期限和效能以及施工的同步發(fā)展。

2 ?有關(guān)變速箱高速齒輪斷齒失效的討論與分析

首先，通過分析變速箱高速齒輪斷齒失效可以總結(jié)出齒輪的化學(xué)成分，主要是在微觀金屬夾雜物檢測運用下判斷其是否合格來進(jìn)行判定。如果判定的齒輪失效性嚴(yán)重，則需要交由專業(yè)檢測人員對其開展檢測和評估工作，并在結(jié)合實際情況的基礎(chǔ)上實施問題研究，并對社會齒輪技藝進(jìn)行針對性地升級與改造。此外，還需要有專人來負(fù)責(zé)化學(xué)成分分析工作，這也是機械化操作運作規(guī)范性提升的重要基礎(chǔ)與前提。

其次，馬氏體加貝氏體加鐵素體是齒輪的組織，對于實際當(dāng)中的組織元素來講，其如果低于4.0以下則被視為不合格[2]。這種齒輪不僅硬度較低，而且游離的鐵素體也相對較少。此外，齒輪塑性變形是工程機械承載程度的主要影響因素，這樣會引發(fā)形變狀態(tài)的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致了齒輪的失效。如果對此類情況未給予高度重視，則會引發(fā)不可估量的后果和損失。

再次，齒輪斷齒的裂紋緣多發(fā)于齒根部位，而其存在力度較小，如果出現(xiàn)過度鍛煉的現(xiàn)象那么將會觸發(fā)整個系統(tǒng)材料的極限。如果裂紋未得到控制而任其發(fā)展，那么齒輪斷齒情況則由此出現(xiàn)?？偟膩碇v，齒輪如果其承載量高于相關(guān)承載標(biāo)準(zhǔn)，那么斷裂現(xiàn)象也將發(fā)生。而對這種斷裂現(xiàn)象發(fā)生原因剖析可知，主要是齒輪材料不達(dá)標(biāo)且承載力過大導(dǎo)致的。在具體工作當(dāng)中，需要將齒輪技術(shù)承載力度進(jìn)行控制，根據(jù)外來物重量采取相應(yīng)的齒輪予以配置，從而使齒輪加工調(diào)節(jié)性和偏差性得到充分提升，同時齒輪出現(xiàn)的磨合或者異常震動情況也有所緩解。

最后，實際工藝過程中引發(fā)齒輪失效的本質(zhì)因素就是鋼筋中的魏氏組織，而剖析實際情況中的魏氏組織功能性拉伸作用可知，其是由含碳量溫度大小所決定和形成的。從材料性能方面來講，魏氏組織對它具有不可忽視的影響，在魏氏組織片狀組織形態(tài)下會導(dǎo)致鋼筋主要機體的分裂，整個鋼的柔韌度也明顯降低。基于拉伸試驗下的實驗也會受到阻礙無法順利進(jìn)行，既降低了整體的延伸率，又增加了分析的難度。

3 ?相關(guān)改進(jìn)措施及建議

為了更好地研究變速箱高速齒輪的斷齒失效問題，我們建議可以對高速齒輪的材料屬性、承載機理、工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)行宏觀和微觀分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、剖析，對故障及時發(fā)現(xiàn)，并及時進(jìn)行處理，以保變速箱正常工作，建立變速箱高速齒輪故障診斷系統(tǒng)等，最大程度上避免失效事件的發(fā)生，避免出現(xiàn)重大安全事故。

在實際工作過程中，要針對鍛造齒輪工藝不斷增強其技術(shù)質(zhì)量手段，并對鍛造中非金屬夾雜物進(jìn)行有效地控制，盡量減少其含量[3]。此外，想要保障熱處理工藝的合理選擇，要重點考慮到齒輪技術(shù)材料和外形情況，這也是熱處理工藝選擇過程中的重要依據(jù)，這樣不僅保障了齒輪硬度質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且也達(dá)到了國家的技術(shù)要求，使得齒輪形變情況的發(fā)生幾率大大降低。另外，還要注重對齒輪變速箱的定期保養(yǎng)和維護，以特定時間為周期實施規(guī)范化檢測工作，并對齒輪保護措施進(jìn)行更新，從而提升齒輪的使用壽命。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，本研究主要將工程設(shè)計的齒輪變速箱失效情況作為主要內(nèi)容，對其進(jìn)行了討論與分析，并指出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。具體而言，現(xiàn)階段出現(xiàn)的齒輪斷裂失效情況基本都是脆性鍛煉的范疇，主要是鍛造過程中由于熱處理工藝使用和處置不當(dāng)而引發(fā)的最基本的魏氏組織斷裂，而魏氏組織斷裂情況的發(fā)生，實際工藝的整體工藝強度和韌性將受到直接影響而出現(xiàn)降低的情況，進(jìn)而不利于工藝品質(zhì)和氧化工藝的實施。鑒于此，需要以實際為出發(fā)點，借助切實可行的措施有效防止上述不良后果的出現(xiàn)，同時，強化對材料的檢測力度，更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量。

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