减速机过桥齿轮剥落机理研究

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齿面剥落的研究早在上世纪50年代已经开始，早期人们普遍认为剥落损伤主要是由于齿轮接触面次表层最大剪应力 r～过大引起。1961年科研人员-殖过实验指出，剥落不仅与最大剪应力有关，而且与表层下材料剪切强度的分布有关。1976年以来 ，文献 I旨出剥落裂纹的产生不仅与表面下的剪应力有关而且与硬化层的深度、硬化层的硬度分布等因素有关。

某大学在《齿轮承载能力分析》-书中分析认为齿面剥落和点蚀是齿面疲劳的基本形态 ，齿面疲劳在摩擦学中称为疲劳磨损，根据疲劳断裂理论，齿面疲劳是在过大的当量接触应力及应力集中作用下，表面层塑性变形，逐渐积累而引起微观穿晶断裂形成原始微裂纹；文献口蛟全面的分析了产生剥落的力学条件，并对齿轮剥落的三种形式也给出了机理分析并把齿轮剥落分为以下三种失效形式：(1)麻点疲劳剥落形式 ；(2)浅层疲劳剥落形式；(3)硬化层疲劳剥落形式；随着科技的发展人们对齿轮传动的承载能力提出越来越高的要求，表面硬化作为提高齿轮强度的有效方法得到广泛的应用。齿面剥落作为表面硬化齿轮特有的损伤形式阻碍了齿轮系统承载能力的大幅度提高，因而抗剥落研究 FI益引起人们的关注↑些年来，学者们对于齿面剥落的原因及剥落判据，表面下剪应力和硬化层深度与失效形式的关系及硬化层深度的确定方法、硬化方法和硬度分布与剥落损伤的关系及齿轮抗剥落设计方法已经做了大量研究0-6/，关于齿面剥落扩展规律和材料的抗剥落强度设计仍然是-个重要的研究课题。齿轮的剥落失效除了要考虑齿轮本身热处理决定的内在品质和设计加工决定的制造误差安装误差外还需考虑外部动载荷对其的影响(如原动机、从动机的特性、轴和联轴器系统的质量、刚度变化等)。以国内某厂某轧钢用减速机为研究对象，对其过桥齿轮剥落机理进行分析和研究，考察其内在品质和承载能力，结合仿真分析来查明该减速机齿轮失效的直接原因并提出相应的改进措施，为齿轮系统剥落失效控制提供相关依据和指导。

来稿日期 ：2012-04-28作者简介：黄 森，(1986-)，陕西汉中人，男，硕士/工程师，主要研究方向：机械设备故障诊断与振动控制198 黄 森等：减速机过桥齿轮剥落机理研究 第2期2齿轮剥落机理分析2.1齿轮内在品质分析减速机安装布置，如冈 1所示。在某次中修拆检过程中发现减速机过桥齿轮表面有不同程度的剥落现象，小齿轮剥落较严重，主要形式有：(1)受力齿面中部向下有连续剥落，厚度(1 2)ram(有时连续数齿)，如图2所示；(2)多数集中在减速机过桥齿轮齿面剥落，齿根有点蚀现象 。

(b)I.减速机 2.减速机高速轴安全联轴器 3.主传动电机图1减速机结构示意图Fig.I Diagram of Gear Reducer--图2齿轮齿面剥落照片Fig.2 Photos of Gear Spalling(b)图3轮齿试样的线切割位置及尺寸Fig-3 Linear Cutting Position and Size of Gear Tooth Sample从失效的减速机过桥齿轮上切取轮齿的-部分，如图 3所示。采用线切割的方法切取轮齿，不会影响试样的金相组织。该齿轮的主要参数为：齿数 z22；模数m.24；螺旋角/39。30 ；压力角20。；齿顶高系数 c 1。轮齿上切取力学性能试验用试样，如图3中的①所示。共切取 3片，可制成 6个拉伸试样。切取 lOmm厚的轮齿，如图3中的②所示。以备切瑞相试样。在 10mm厚的轮齿工作齿面上切取3个金相试样，如图3中的③(齿顶部位)、④(齿腰部位)和⑤(齿根部位)。

齿轮材料的力学性能(抗拉强度日况定非比例延伸强度[断后伸长率和硬度)测定结果，如表 1所示。全部试验执行国家标准GB/T228-2002(<金属拉伸试验法》。

表 1齿轮材料的力学性能测定结果Tab.1 Gear Material Mechanics Performance表 1中的各项数据离散性很小，3项主要指标的平均值如下：抗拉强度：R789MPa屈服限 R574MPa伸长率：A19%经测定 ，6个试件 的平均硬度 21.8HRC (234HBW)；最高硬度23.2HRC(240HBW)；最低硬度 20.5HRC(227HBW)。以上数据均符合调质合金钢的力学性能正常值。

800700600500400300200l 海 耐- 、硬， I v - n - - - al 0 0.75 1.5 2.25 3 3.75 4.5 5.25距齿面尝试 /ram图4轮齿顶部硬度分布曲线Fig.4 Hardness Distribution Curve of Tooth Top由图4可以看出：(1)轮齿顶部的有效渗层深度约为 2.3mm；齿面接触强度推荐的有效渗层深度可用下式计算(已知齿轮法向模数 m 24ram)：hO.083m.0.670.083240.672.662mm。因此，轮齿顶部的有效渗层深度不符合技术要求。心部基体硬度约为 310HV，硬度偏低，但尚能符合标准规定的最低技术要求 (33-48HRC313-