机车带动器布设设施从动齿轮损断解析

　　齿轮断裂面的微观形态[36]通过扫描电子显微镜观察齿轮断裂面发现：1)由齿根向内有三个区域，分别是：渗碳层;裂纹源区(沿晶断裂);疲劳裂纹扩展区，呈现海滩花纹，如a所示，海滩花纹间距逐渐增大，说明齿根疲劳载荷不断增大。2)渗碳层组织颜色灰暗、平整细密，无裂纹、夹杂物等缺陷，如b所示，c为交界处形貌。3)裂纹源区为具有反光小面的冰糖状断口，属于典型沿晶断裂形貌，如a所示;在裂纹源区边缘存在氧化薄膜，说明齿轮渗碳淬火时产生微裂纹，如b所示。

　　有关资料表明，20CrMnMo钢渗碳后，由于碳浓度不同使渗碳层各区的奥氏体稳定性不同，如热处理工艺不当，则易于产生裂纹。4)疲劳裂纹扩展区为准解理形貌，并存在典型疲劳条纹，如b和c所示。a为疲劳裂纹扩展区总体形貌。5)瞬断区形貌为准解理 韧窝，并存在局部撕裂，如所示。

　　齿形与硬度检验分析通过齿形检验发现：与断裂面相邻的一个轮齿啮合面磨损严重，啮合面一侧齿形严重减薄(齿顶位置尤其严重)。下部极限啮合位置存在一条明显凸棱，凸棱以下完好，凸棱以上啮合面严重磨损。

　　通过硬度检验发现：此对磨损齿面硬度较低，齿轮其余部分硬度合格。主动齿轮(Z1=14)其余啮合面均完好，与其啮合的从动齿轮(Z2=63)啮合面均完好，传动比i=Z2/Z1=4.5整数。分析可知：轮齿啮合面严重磨损是由于此处齿面硬度不足造成的，与从动齿轮无关。局部齿面硬度不足与热处理工艺不当有关，齿轮固体渗碳时零件间距过小或竖直放置都会影响渗碳均匀性，出现渗碳死角，导致淬火后局部齿面硬度不足[7].

　　齿根应力状态分析[5]齿根危险断面应力分布如所示。通过查表计算可得：齿轮传动重合度=2.1，传动过程中同时啮合齿数较少。齿轮使用过程中，由于一处齿面硬度较低，啮合面被逐渐磨损，直至完全失效，这时，齿轮传动重合度减小，相邻齿轮承受传动负载增齿轮齿根危险截面应力分布大，传动平稳性下降，产生冲击。当载荷作用于齿顶时，齿根受 大拉应力，轮齿处于危险状态，这时齿根 大拉应力为F=(Ft/bm)YFYsY(1)式中，Ft为周向力，b为齿宽，m为模数，YF为齿形系数，Ys为齿根应力集中系数，Y为传动重合度系数，Y=0.25 0.75/.

　　结论1)齿轮断裂属于单侧受弯低应力疲劳断裂。2)造成齿轮疲劳断裂主要原因是齿轮热处理工艺不当，导致渗碳层与芯部交界处产生淬火裂纹和局部齿面硬度不足，致使齿轮磨损失效，相邻轮齿传动负载增大并产生冲击，齿根承受拉应力剧增，齿轮发生疲劳断裂。3)在齿轮生产中，应严格检查零件在渗碳淬火时的摆放方式和位置，避免渗碳不均，保证齿面硬度合格;在齿轮渗碳淬火过程中，应严格控制齿轮热处理工艺，避免淬火裂纹产生。