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    行業動態

    減速機失效分析

    發布時間:2023-11-18 來源: 本站 瀏覽量:77

    減速機是一種由封閉式在剛度罩殼內的齒輪( 或渦桿、齒輪-渦桿) 傳動系統所構成的單獨構件,一般在傳動裝置和工作中機中間起配對轉速比和傳送轉距的功效,在冶金工業、有色板塊、煤碳、裝飾建材、工程機械設備及石油化工等領域有極其普遍的運用。某減速器在安裝后試運轉時產生響聲,開啟減速器罩殼發覺其錐齒輪小端位置出現了掉塊,其二維平面圖見圖 1 所顯示,減速機齒輪長 302 mm,變位系數 11,大端變位系數 10.68,傳動比 3.545,在安裝后試運行 15 min 后發覺齒輪出現破裂,其服現役自然環境是在有潤滑脂的封閉式箱身體,轉速比為 1850 r /min,輸出扭距 12 000 N·m,這類齒輪的初期無效會造成減速器不可以一切正常服現役,進而增加了交貨限期。生產制造企業決策對本批號一共 27臺減速器齒輪的風險性開展評定,對裂開的齒輪開展了失靈說明便于于采取有效的目的性對策。


    1 無效情況


    齒輪機械加工步驟為: 開料→煅造→熱處理→精車( 每個表面至 3.2 μm) →半鏜孔( 每個表面)→滾齒→倒圓角→滲碳→車外螺紋位置滲碳層→熱處理 超低溫淬火→磨齒( 內螺紋、內孔) →清理→加強拋丸→清理→制成品查驗進庫。其煅造溫度為 1 200 ℃,熱處理加工工藝為 880 ℃ ×2 h油冷熱處理  530 ℃ × 2.5 h 高溫淬火,半鏜孔?43mm、?57mm、?65mm、?70mm、?174mm、?34.5 mm,滲碳熱處理工藝為 920 ℃ ×6 h 滲碳 830 ℃ ×2 h 油冷熱處理 200 ℃×3 h 超低溫淬火,磨齒成型精密度至 0.8 μm,拋丸普及率 120%。其斷裂面見圖 2a 所顯示,在齒輪小端( 見橢圓形區) 出現了裂開,小端斜角位置從體上出現了脫落,斷裂面類似呈三角形,長短 24 mm,總寬 8 mm,見圖 6b所顯示,斷裂面的外附近是滲碳熱處理層。


    2 根本原因


    2.1 原材料成份檢測


    齒輪的原材料是20CrMnMo 碳素鋼[2],在挨近 M36外螺紋處和芯部各自取薄厚為12 mm 試件,根據 GB /T4336-2002《碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發射光譜分析方法》,用 CX -9600 直讀光譜儀檢驗成分,結果見表1; 和 GB /T 3077-1999《合金結構鋼》中要求的原素對比,滲碳層區的碳含量較高,其他原素合乎**行業標準。


    2.2 顯微鏡機構及強度檢測


    減速器齒輪的表面規定滲碳,其合理硬底化層高為1.8~2.1 mm,表面強度規定 59~64HRC,芯部強度規定34~40 HRC。在圖 6b 中框架部位取垂直平分齒部樣塊,隨后打磨拋光、打磨拋光,再用 3%氰化鈉酒精腐蝕,在VHX -6000數碼顯微鏡下觀查其表面和芯部的顯微鏡機構見圖 3a和圖 3b。據 GB /T13298-1991《金屬金相組織檢驗方法》和 GB /T25744-2010《鑄鐵件滲碳熱處理淬火金相檢驗》,表面顯微鏡機構為M針 A殘可獲評2級,芯部為M低碳環保 F游可獲評3級,均合乎技術標準。據GB /T9450-2005《鑄鐵件滲碳熱處理硬底化層深層的測量和校對》,用 DHV -1000 顯微鏡顯微硬度計對齒部**測量,表面強度為 62 HRC ( 維式計算洛氏,相同),芯部強度為38HRC,合乎技術標準,合理硬底化層高為 2.5 mm,超出技術標準。


    2.3 斷裂面外部經濟外貌及能拉曼光譜分析


    運用 ZEISS -EVO 25 透射電鏡觀查圖 2c 終斷口裂痕源處外部經濟外貌,見圖 4a,可看得出裂痕從這里向外散發,對框架區的夾雜物開展能拉曼光譜分析,見圖 4b 所顯示,能譜儀表明 O、Al、Ca、Mg 等原素具備較高的透射峰。圖4d、圖 4e、圖 4f 分別是對圖 4a 地區開展 Ca、Al、Fe 原素的面掃描儀。


    由此可見: 裂痕源部位的 Ca、Al 素比較光亮,說明該原素在裂痕源部位成分較高,而 Fe 原素面掃描儀上出現孔眼,表明裂痕源區 Fe 成分較少,由此可見裂痕源處是O、Al、Ca、Mg 構成的非金屬材料夾雜物。這會毀壞基材機構的持續性,產生應力,惡變物理性能[3]。圖 4a 中的橢圓型地區是一切正常斷裂面(非裂痕源區) 區,對其開展能拉曼光譜分析,見圖 4c,該區域化學分子摩爾質量為: Fe 91.4%、C3.9%、O 1.8%、Cr 1.2%、Mg 0.7%,沒有Al、Na 別的殘渣原素,均是一切正常鋁合金原素,表明該點原材料一切正常。


    3 剖析與探討


    減速器齒輪開展檢驗,其原材料成份、合金成分、表面強度合乎技術標準,造成齒部出現裂開的關鍵要素為: (1) 淬硬層深超出技術標準,齒輪經滲碳之后,其齒部是碳含量較高的共析鋼,芯部依然是亞共析,在油中開展熱處理制冷時,表面更先制冷,芯部其次,當溫度制冷到奧氏體變化溫度 Ms 時,表面更先轉化成奧氏體,容積提升,表面原材料有向外“澎漲”的發展趨勢,這會對芯部原材料產生“拖動”功效,造成芯部遭受拉應力,這時表面原材料遭受向內的壓地應力。芯部原材料碳含量較低而有較高的奧氏體變化終結溫度 Mf,伴隨著制冷的開展,當溫度小于芯部奧氏體變化終結溫度 Mf時,芯部機構終止變化,表面原材料碳含量較高,有較低的奧氏體變化終結溫度 Mf,在室內溫度下能再次變化,這會造成表面向外漲大的發展趨勢會一直開展,芯部遭受的抗拉力會慢慢提升[4]; 齒部合理硬底化層越長,這類地應力效用越顯著,它是造成齒輪從芯部裂開的第 1 個緣故。(2) 經透射電鏡剖析,裂痕源坐落于齒的內部,且有較多的 O、Al、Ca、Na 等元素組成的非金屬材料夾雜物[5],這種夾雜物強度較高,例如 Al?O?,其硬度為 9,基本上沒有塑性變形; 這種強度較高的非金屬材料夾雜物能毀壞基材機構的一致性和持續性,在遭受外力時,高韌性的夾雜物顆粒物不造成形變,其顆粒物斜角會對基材機構造成明顯的“激光切割”功效,這會在夾雜物周邊造成高寬比的應力產生裂痕源[6],再再加上內部遭受很大的拉應力,造成裂痕從內部拓展,它是裂開的第 2 個緣故。


    綜上所述得知,齒輪裂開緣故更先是合理硬底化層過深,次之是原材料芯部有夾雜物。歷經對熱處理方法開展追朔,發覺齒輪開展了混放拼爐,造成滲碳時間太長,整改措施是不允許拼爐混放。此外,發覺經銷商為了更好地控制成本,把本應用特鋼的原材料換為普鋼原材料,造成夾雜物增加,導致初期無效,整改措施是特定特鋼企業,不允許隨便拆換原材料。歷經采用所述對策,改善后齒輪的滲碳層機構為 2 級M針 A殘,硬底化層深層為 1.9 mm,夾雜物鑒定為 1.5 級,均合乎技術標準,消除了齒輪的裂開難題。


    4 結果


    (1) 齒輪的成分合乎20CrMnMo 鋼,強度和顯微鏡機構合乎技術標準,但合理硬底化層深 2.5 mm 超出了技術標準( 1.8~2.1 mm)。經透射電鏡剖析,裂痕源坐落于斷裂面內部且有較多的 O、Al、Ca、Mg 等構成的非金屬材料夾雜物。


    (2) 更先,齒輪的硬底化層深超出了技術標準,這會造成芯部遭受很大的拉應力; 次之,齒輪的基材中帶有較多的 O、Al、Ca、Mg 等非金屬材料夾雜物,這種夾雜物隔斷基材,非常容易造成應力,是造成裂開的第 2 個要素; 2 個要素的綜合性功效,造成了齒部出現了初期裂開。


    ⑶有目的性地采用整改措施,更先不允許拼爐混放,標準熱處理方法; 次之將原料由普鋼改成特鋼,降低原材料中夾雜物。根據所述改善,減速器齒輪再也不會產生過初期裂開無效,消除了難題。


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