减速箱齿轮断裂分析

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工 业 技 术型 i ：!!Science and Technology Innovation Herald减速箱齿轮断裂分析①刘志成 姚志远 于江(包钢 (集团)巴润矿业有限责任公司 内蒙古包头 014080)摘 要：减速箱齿轮断裂的发生，是在正常工作中经常会发生的故障。这种故障的发生，不仅影响着正常的生产生活，如果不及时处理还会导致整个机器设备的报废。为了进一步研究减速箱齿轮发生断裂的原因，进而有针对性的采取相应措施，笔者通过实际调查研究的形式进行断裂原因的分析。

关键词：齿轮断裂 减速箱 断裂原因中图分类号：THll 文献标识码：A 文章编号：1674—098X(2013)06(b)一0083—01笔者通 过宏观 外部 检查、硬 度测 定以及 金相组织检 查等 方式 ，对 发生故障 的减速箱进行全面检验与研究 ，进而找出齿轮断裂的 原因，进一步为 齿轮断裂的 预防和 处理提供有价值性的参考意见。

1实验与检验我公司现有设备l8台大型挖掘机，每台挖掘机 的各部减速 箱至少有5台，每一台都有不同的作用，有用于挖掘机提 升的、推压的、行走的、回转的各两台减速 箱。近期，行走减速箱中齿轮有断裂，多处齿轮有麻点剥落 ，为了更好的找到齿轮 断齿的原因，通过抽样 的方式对输出端断 齿齿轮进行全面检验研究，进而找到断齿的原 因。

1．1外部宏观检查减 速箱齿轮断裂的位 置是其中间部分的是 轮轴输 出位置 发生 的齿轮断齿 ，通 过详细 检查发现输出端齿轮的 锯齿表面存有三种异常状态 ：①麻点剥 落状态。②潜层剥落状态。③硬化层剥落 状态。通过对断裂齿轮检查，对其断 口处的外貌进行研究，能够非常明显的总结出三种 断口区域 ：第一，裂纹萌生区域 ，这种 断裂形式约 占断口的 l0％左右，裂纹萌生区域在减速箱齿轮的金表面层，使用肉眼无法发现 ，通过低倍放大镜的方式也 基本上不 到贝纹线 (能 够 导致 裂纹的进一步发展 )，这 种区域的表面呈现 出光滑、平整的一面。第二，裂纹发展区域。从整体上来说 ，裂纹发展区域可以占到整个断口的50％左右，而且 ，这个区域的贝纹线非常明显，这就充分的说明了贝纹 线在裂纹发展 区域的发展速度非常快。第三，最终断裂区域 ，整体上来说 ，最终 断裂区域 占断 口的大约40％，这个区域属于脆性断裂区域，表面粗糙呈灰色状，这个区域的比例面积比较大，进一步总结出根部齿轮应力水平也比较高。

1．2金相组织检查首先，取样未断裂齿轮横向，并实施金相组织检查，渗层深度测量是 3．2 mm，心部组织为少量铁素体+低碳马氏体，碳化物一 般是弥散状的。渗层组织为细针状马氏体。

其次，取样断裂齿轮横 向，并实施金相组 织检查，渗层深度测 量是3．5 mm，心部组织为少量铁素体+低碳马氏体 ，碳化物一般是弥散状的。渗层组织为细针状马氏体 。

再次 ，取样断裂齿轮横向，并实施夹杂金相检查 ，评级结果为1．5级。

1．3测定硬度对未断裂齿面进行硬度测定，测定结果为：HRC57．9，HRC56．1，HRC55．8；对心部进行硬度测定，测定结果为：HRc59．9，H R C 6 0．1，H RC 5 8．8；对 断 裂 齿面 进行 硬度 测定 ，测 定 结 果 为 ：HRC 59．9，HRC60．1，HRC5 8．8；对心部进行硬度测定，测 定结 果为：HRc34．6，HRC 3 8．9，HRC34．3．其中需要注意的一点就是，取样断裂齿轮并不一定是齿轮的正中心部位。

2全面分析减速箱断裂齿轮的原因根据对断裂齿轮 (中间轴输 出端)的外部宏 观面貌 的检 测情况可 以看 出，输 出端的齿轮表 面存在麻 点剥落形态 、潜 层剥落形态以及硬化层剥落形态三种不正常的形态，这 就充分 的说明了，在正常的工作环境中，齿轮齿面 存在 着异 常的接触 状 态，这种异常的接触会进 一步导致齿面 不均匀受力，进而在齿轮 表面局部位 置会出现 应 力集中的情况。导致 接触面异常接触状 态的主要原因分析 ：在安装减速箱时，对于中间轴与输入轴的控制以及输出轴与中间轴的控制没有严格按 照标 准进行，操作不严格就会导致齿面的异 常接触状况。这 种情况的出现，对于中间轴的影响最为严重。一般来说，中间轴其输出端的齿轮转速非常高，相对 于其他部 位的齿轮 转速是最 高的，相应的单个齿轮的受 力情况也 是最大的 。在 这种情况下，表面渗碳处理成为了减 速齿轮箱其齿面的热处 理最终状 态，渗碳之后 的渗层，通过金相组 织检查 是细针状马氏体组织，这 种组织 自身的应力水平就非常高，在经过 表面渗碳 处理的 整个过程 中，也 会存在不均匀性，实际测量结果 ，未断 齿部位的平均深层厚度是3．2 mm，表面硬度最高值是55．8HRC。断齿部位的平均深 层厚度是3．5 mm，表面硬度最高值是6O．1HRC。因此，在齿轮加工之后，齿面原始状 态的应 力也存在差异性。

减速箱正常工作环境下，齿面承受一定的工作负荷。当齿面异常解除状态存在时，就会在齿面出现不均匀承载的情况，齿面某部分的应力也会超过平均应 力大小，齿面固有的较 大残 余应力与这部分应力重 叠，就会导致个别或局 部接触 点应 力远超过 齿轮材料应力。在这 种状况下，长期使用就会出现齿面损坏失效 的情况。超 过使 用材料应力的不同大小 ，就 会出现 上述麻 点剥落形态 ，潜层剥落形态 以及硬化层剥落形 态三种不正常的形态。

当硬化 层出现剥落 时，就会 因齿轮受力能 力下 降而出现边 缘裂纹 。边缘 裂纹在长时 间的负荷下就会导 致裂纹的进一步扩展，进而导 致裂纹萌生区域 的出现 。这个区域中的裂纹其发展速度比较慢，反复受到挤压后就 会出现光滑断裂面。随着运行 时间的增加，材 料的承受能力显著下降 ，进而裂纹扩展非 常快，最终形成裂纹发展区域。在这个区域内，裂纹速度非 常快 ，同时出现显著的贝纹线。随着机器运行时间的增长，裂纹就会发生 阶梯状变化 ，最终导 致齿轮断裂。

3结语综上所述，在安装减速箱时，对于中间轴与输入轴的控制以及输出轴与中间轴的控制没有严格按照标准进行，操作不严格就会导 致齿面 的异常接触状况 ；表面渗 碳处理的 不均匀导 致应 力水平不均 匀，这 两种情况 相互 叠加 ，最终导致了减速 箱断裂齿轮失效。

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①作者简介：刘志成 (1986．9一)男，汉族，内蒙古包头市，2009年毕业于 内蒙古农业大学农业电气化及其 自动化专业，包钢 (集团)巴润矿业有限责任公司助理工程师，学位大本，研究方向：矿山机械。

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