變速箱高速齒輪斷齒失效分析

杜明軒 王瑤 馮志楊

摘 ?要：齒輪是變速箱傳遞動(dòng)力中最主要的傳動(dòng)部件。在工作時(shí)，齒面受到接觸應(yīng)力，齒根處受到彎曲應(yīng)力，齒面點(diǎn)蝕和輪齒斷裂是最常見(jiàn)的破壞方式，所以必須確保齒輪的嚙合強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。而齒輪的強(qiáng)度則與其制造工藝、微觀組織和熱處理工藝有很大關(guān)系。汽車齒輪表面的滲碳淬火是一種常見(jiàn)的熱處理方法，它是一種在熱處理后，為了確保齒輪的精確性，在加工過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的缺陷，使其強(qiáng)度下降，最終造成齒輪的疲勞破壞。本文著重論述了高速齒輪箱齒面斷裂的原因，從宏觀、工藝研究、組織觀察等方面進(jìn)行了分析，然后就斷齒的原因進(jìn)行了探討，并給出了相應(yīng)的改進(jìn)意見(jiàn)，希望能為今后的工作人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：變速箱;高速齒輪;斷齒;失效

引言

隨著機(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車的技術(shù)水平不斷提高，汽車的自動(dòng)化水平也在不斷提高，而汽車的機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)也在不斷地向精密化方向發(fā)展。變速器的高速傳動(dòng)是汽車動(dòng)力和安全的關(guān)鍵部件。在現(xiàn)階段的工程機(jī)械中，零部件的故障是比較常見(jiàn)的，其失效原因很多，主要是由于微觀組織、加工工藝、使用條件等。由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于機(jī)械微結(jié)構(gòu)和機(jī)械熱處理系統(tǒng)的功能程序的不同，導(dǎo)致了具體問(wèn)題的處理方法也有很大的差別，因此，必須根據(jù)實(shí)際情況，根據(jù)實(shí)際情況，制定出相應(yīng)的解決方案，以便全面地解決零件的故障，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。通過(guò)對(duì)故障零件的分析和研究，提高工藝水平，確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這對(duì)提高顧客的信任感也是一種正面的影響。

機(jī)械失效與其微觀組織、加工工藝、熱處理工藝和工作條件密切相關(guān)。對(duì)失效零件進(jìn)行詳細(xì)分析并改進(jìn)工藝是產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理的重要組成部分。同時(shí)負(fù)責(zé)客戶的信任，及時(shí)解決零部件故障問(wèn)題，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。汽車變速器齒輪在運(yùn)行過(guò)程中往往需要承受耐磨性和高沖擊載荷，齒輪斷裂是齒輪失效中常見(jiàn)的齒輪損傷形式。

1變速箱高速齒輪斷齒失效分析

1.1宏觀分析

從實(shí)際情況來(lái)看，如果一臺(tái)機(jī)器的碰撞概率大幅度增加，那么它的故障類型就是由主動(dòng)齒輪的嚙合引起的，因此，作為被動(dòng)傳動(dòng)環(huán)節(jié)的主動(dòng)齒輪就失去了作用。一般情況下，零件在故障狀態(tài)下的行程大約是1.3公里。在使用過(guò)程中，一些小齒輪由于尖端磨損過(guò)大而產(chǎn)生脫落，對(duì)機(jī)械設(shè)備的磨損也起了很大的作用。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)在惡劣的工況下發(fā)生故障，都是由于輪胎在惡劣的工況下發(fā)生的，最后引起了卡機(jī)。車橋齒輪的打卡打是以特定的表面相互接觸力作用為基礎(chǔ)，根據(jù)特定的相關(guān)次序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，在機(jī)械表面上也會(huì)產(chǎn)生裂紋，從而導(dǎo)致齒輪表面的材料磨損和脫落，從而導(dǎo)致整個(gè)齒輪斷裂。

為了避免齒輪的折斷，通常應(yīng)考慮增加齒根齒厚或增加齒寬，并通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚韥?lái)改善齒面的硬度。此外，在提高加工精度、減少表面粗糙度、提高齒面嚙合精度、改善齒面負(fù)荷分配、加強(qiáng)齒根等方面也是一種行之有效的途徑。

1.2微觀分析

對(duì)易失效的齒輪進(jìn)行顯微分析，應(yīng)從觀察分析、硬度檢測(cè)、材料成分檢測(cè)、斷口分析等方面入手。

顯微組織中的隱晶馬氏體、殘余奧氏體、針狀馬氏體、低碳馬氏體、游離鐵素體和細(xì)小的碳化物。目前常用的硬度檢測(cè)方法是洛氏硬度測(cè)定與維氏硬度測(cè)定，并對(duì)不同部位的硬度梯度進(jìn)行測(cè)量，從而為齒輪的設(shè)計(jì)提供一定的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.3工藝調(diào)查和組織觀察

本論文以主動(dòng)及被動(dòng)齒輪為中心進(jìn)行了調(diào)查工藝的研究，重點(diǎn)是在實(shí)際加工技術(shù)的幫助下進(jìn)行分析。一般的熱處理工藝包括清洗、氧化和鍛燒。主要是根據(jù)國(guó)家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)控制齒輪的各個(gè)技術(shù)。同時(shí)，采用相關(guān)的技術(shù)方法，對(duì)齒輪在鍛壓之前的記憶技術(shù)及運(yùn)用效率進(jìn)行檢驗(yàn)與分析。在完成鍛件后，要有專門的檢驗(yàn)員對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢查，排除和處置不合格的產(chǎn)品。而通過(guò)檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品，則要注意保護(hù)、研究和應(yīng)用，以便為后續(xù)的高質(zhì)量產(chǎn)品的加工提供重要的參考，同時(shí)也可以重復(fù)進(jìn)行，有利于齒輪的壽命、效率和施工的同步發(fā)展。

2變速箱高速齒輪斷齒失效分析研究

首先，對(duì)齒輪斷齒故障進(jìn)行了分析，得出了齒輪的化學(xué)組成，并對(duì)其進(jìn)行了顯微金屬夾雜的檢驗(yàn)。在實(shí)際的齒輪失效分析中，我們發(fā)現(xiàn)，齒輪的化學(xué)成份，主要是根據(jù)對(duì)某些微小的金屬夾雜的檢驗(yàn)，判斷其是否合格。在這樣的情況下，如果齒輪的實(shí)用性很強(qiáng)，那么就需要找專門的人來(lái)測(cè)試和評(píng)價(jià)，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)解決問(wèn)題，提高齒輪技術(shù)的整體水平，挑選合適的人進(jìn)行分析和研究，進(jìn)一步完善自動(dòng)化的運(yùn)行。當(dāng)判斷出的齒輪失效嚴(yán)重時(shí)，就必須交給專門的檢驗(yàn)人員進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行問(wèn)題研究，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和改進(jìn)。另外，還需要專門的人員進(jìn)行化學(xué)分析，這是提高自動(dòng)化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)重要前提。

其次，馬氏體加貝氏體加鐵素體是齒輪的主要成分，在4.0以下的情況下，就會(huì)被認(rèn)為是不合格的。這樣的齒輪不但硬度低，還含有少量的自由鐵素。另外，齒輪的塑性變形是影響工程機(jī)械承載能力的重要因素，從而誘發(fā)變形，從而引起齒輪的失效。如果沒(méi)有得到足夠的關(guān)注，將會(huì)造成無(wú)法估計(jì)的后果和損失。

第三，斷裂齒的裂紋邊緣主要發(fā)生在齒根處，但它的強(qiáng)度很低，一旦發(fā)生過(guò)度運(yùn)動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的材質(zhì)限制。若裂縫不受控制而繼續(xù)發(fā)展，就會(huì)發(fā)生斷齒現(xiàn)象。一般情況下，當(dāng)齒輪的承載能力超過(guò)相應(yīng)的載荷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)斷裂。分析了這種裂紋的產(chǎn)生原因，認(rèn)為是因?yàn)辇X輪材質(zhì)不合格，承受能力太強(qiáng)。在具體的工作中，要控制齒輪的技術(shù)，根據(jù)外力的不同，選擇合適的齒輪，這樣可以提高齒輪的精確度和偏差，減少齒輪的摩擦和振動(dòng)。

最后，在實(shí)際生產(chǎn)中，引起齒輪斷裂的根本原因是魏氏組織，分析魏氏組織的功能伸展效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其主要取決于碳含量的溫度。魏氏組織對(duì)其材料的影響不容忽視，魏氏組織的片狀結(jié)構(gòu)會(huì)造成鋼筋主體的斷裂，從而使整體鋼的韌性下降。在張力測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)也會(huì)因?yàn)樽枇Χ荒茼樌M(jìn)行，這不僅會(huì)使整個(gè)伸長(zhǎng)率下降，而且還會(huì)給分析帶來(lái)困難。

3相關(guān)改進(jìn)措施及建議

為深入探討齒輪折齒的問(wèn)題，提出通過(guò)對(duì)其材料屬性、承載機(jī)理、工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、宏觀、微觀的分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行處理，保證變速箱的工作，建立高速齒輪箱的故障診斷系統(tǒng)，最大程度地避免失效事件的發(fā)生，避免出現(xiàn)重大安全事故。

在實(shí)踐中，應(yīng)不斷提高鍛壓齒輪的技術(shù)品質(zhì)，有效地控制鍛件中非金屬夾雜，使其含量降到最低。另外，為了保證合理的熱處理工藝，應(yīng)從齒輪的技術(shù)材質(zhì)、外觀等方面入手，在熱處理工藝的選擇上，既保證了齒輪的硬度，又滿足了國(guó)家的技術(shù)規(guī)范，減少了齒輪變形的可能性。此外，要重視齒輪齒輪箱的定期維修與維修，在一定時(shí)期內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化檢查，并及時(shí)更新齒輪保護(hù)措施，提高其使用壽命。

結(jié)束語(yǔ)

因此，本文以工程設(shè)計(jì)中的齒輪齒輪箱故障為主要內(nèi)容，對(duì)故障原因進(jìn)行了分析和探討，提出了改進(jìn)意見(jiàn)。具體來(lái)說(shuō)，目前所出現(xiàn)的齒輪斷裂故障屬于脆性損傷，主要是因?yàn)槲菏辖M織在鍛壓時(shí)的處理和使用不當(dāng)，導(dǎo)致了魏氏組織的斷裂，從而影響到實(shí)際生產(chǎn)的整體強(qiáng)度和韌性，從而影響到整個(gè)生產(chǎn)流程的質(zhì)量，從而影響到氧化工藝的執(zhí)行。因此，要從實(shí)踐出發(fā)，采取切實(shí)的措施，切實(shí)預(yù)防以上問(wèn)題的發(fā)生，并加強(qiáng)對(duì)原料的檢驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)成品的質(zhì)量控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖偉中，郭敏銳，李紀(jì)強(qiáng).齒齒輪面剝落失效及裂紋源預(yù)測(cè)研究與試驗(yàn)驗(yàn)證[J].熱加工工藝，2019，48（6）：251-254.

[2]王宇，馬慶超，尹維，經(jīng)昊達(dá).變速箱高速齒輪斷齒失效分析[J].汽車零部件，2018（02）：34-37.

[3]孫維連，陳再良，王成彪.機(jī)械產(chǎn)品失效分析思路及失效案例分析[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2004，25（1）：69-73.