Page 106 - 理化检验-化学分册2017第八期

苏 乐, 等: 采煤机二轴齿轮片状剥落与断齿原因分析

图 １２ 齿面接触应力沿层深的分布
图 １４ 过量磨削后在硬化层中产生的应力和
Fi g 敭１２ Distributionofcontactstressofthetoothsurface
alon g thede p th 强度梯度的变化示意图
Fi g 敭１４ Schematicdia g ramofthechan g eofstressandstren g th
g radientafterexcessive g rindin g inthehardenedla y er
是因为忽略了因过大的磨削余量而产生的剪切应力
曲线位移使过渡区强度低于载荷应力.表 ２ 所给的
磨削余量均为双边, 可以看出损坏齿轮实测磨削量
远大于工艺要求的磨削量 [ ４Ｇ５ ] .
表２ 齿轮( m＝１２ , z＝２３ 、 最大 ϕ＝３０６mm ) 齿面磨削余量对比结果
Tab敭２ Com p arisonresultsoftoothsurface g rindin g allowance
ofthe g ear m＝１２ z＝２３ maximumϕ＝３０６mm
图 １３ 不同曲率半径齿轮剪切应力分布 工艺要求 实测 文献[ ４ ] 表 ３７Ｇ７６
Fi g 敭１３ Distributionofshearstressof g earswith 磨削量 / mm 磨削量 / mm 磨削量 / mm
differentradiusofcurvature
０．６１~０．７８ １．３ ０．４５~０．６５
的深度为 ０．５b .当接触应力及剪切应力 大于硬
[ ３ ]
度决定的强度时, 就会引起齿轮的片状剥落与断齿, ３ 结论及预防措施
因此应增加齿轮的有效硬化层深度, 但过深的硬化 齿面存在磨削淬火层与再次回火层是该采煤机
层深度会降低齿轮的韧性, 易致使齿角变脆剥落, 齿 二轴齿轮产生片状剥落和断齿的根本原因.
轮抗冲击性能也会降低, 且增加了渗碳时间与热处 预防措施如下: ①细化并优化热处理工艺及装炉
理变形, 因此应选择合理的有效硬化层深度. 工序, 减小齿轮变形; ②严控齿轮滚齿余量, 减小实际
２．３ 齿面磨削量对片状剥落的影响 磨削量; ③优化磨削工序, 减小磨削淬火层产生的概
齿轮齿面的有效硬化层深度不符合技术要求, 率 [ ５ ] ; ④在磨削后, 增加低温回火工序, 减小磨削应
而齿顶的有效硬化层深度符合技术要求, 且齿顶的 力, 改善磨削层组织, 提高齿面磨削组织的韧性.
渗碳层深度、 有效硬化层深度均比齿面的多 ０．６~
参考文献:
０．７mm .左侧齿面实际磨削量为 ０．６ mm , 右侧齿
面实际磨削量为 ０．７mm , 均大于技术要求的 ０．３~ [ １ ] 孙胜伟, 宋 亚 虎, 刘 铁 山, 等 ．２０CrMnMo 钢 渗 碳 齿 轮
０．４mm .较大的磨削量降低了齿面硬度, 减薄了有 磨削裂纹成因分析[ J ] ． 理化检验 Ｇ 物理分册, ２０１６ , ５２
效硬化层深度, 丧失了齿轮表面良好的残余压应力, ( ２ ): １１７Ｇ１２０．
[ ２ ] 王培科, 王维发 ． 满 滚 子 轴 承 滚 柱 脱 落 与 掉 块 原 因 分
过量的磨削还会使齿轮表面的载荷应力发生变化,
如图 １４ 所示.由图 １４ 可见: 在磨削前, 齿轮表面 析[ J ] ． 理化检验 Ｇ 物理分册, ２０１０ , ４６ ( １２ ): ７９１Ｇ７９３．
[ ３ ]
[ ３ ] 张展 ． 齿轮传动的失效及其对策[ M ] ． 北京: 机械工业
的载荷应力均低于硬化层的强度梯度; 而磨削后, D
出版社, ２０１１ : １２６Ｇ１２７．
点之后的载荷应力就会大于硬化层的强度梯度, 落
[ ４ ] 杨叔子 ． 机械加工工艺师手册[ M ] ． 北京: 机械工业出
在渗碳硬化层的过渡区, 从而增加了齿轮深层剥落
版社, ２００２ : ２６４．
的倾向性.因此, 有时在对深层剥落齿轮的硬化层 [ ５ ] 王培科 ． 弹簧挡圈磨裂原因分析及防治措施[ J ] ． 机械
进行硬度测试和金相分析时并未发现问题, 其实这 工程师, ２０１１ ( １１ ): １２６Ｇ１２７．
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