Page 81 - 理化检验-物理分册2022年第六期

吴建华, 等: 地铁列车从动齿轮表面裂纹产生原因

工况等直接相关, 而齿面强度则与表面硬化方式有
关, 渗碳、 氮化、 感应是轨道交通用齿轮最为常见的
3 种齿面硬化方式, 各有利弊, 不管哪种硬化方式均
是根据具体的服役工况而定的。在硬齿面齿轮产品
的制造过程中, 往往更多地关注了齿面的硬化工艺,
而对后续的磨削加工等有所忽视, 陈国民 [ 8-9 ] 对磨削
导致的齿面硬度变化进行了阐述。
从动齿轮裂纹一旦露头于齿面, 润滑油将渗入
图 7 正常部位微观形貌
裂纹面并在齿轮的啮合作用下形成高压油腔, 加快
1.6 硬度测试 了裂纹的扩展与剥落的过程 [ 10 ] 。
对从动齿轮正常部位的节圆和齿根处, 以及烧
3 结语与建议
伤区进行显微硬度测试, 结果如图 8 所示。由图 8
可知: 正常部位节圆和齿根处的硬度梯度较为平缓,
( 1 )从动齿轮的所 有 齿 面 均 存 在 不 同 程 度 的
表面硬度合格, 硬化层深度满足技术要求。烧伤区
烧伤。

的“ 低硬度区” 深度约为 0.4~0.7mm , 这与裂纹扩 ( 2 )齿面裂纹的性质为接触疲劳裂纹。

展深度吻合较好; 齿轮的表面硬度约为 52HRC , 远 ( 3 )开 裂 均 发 生 在 烧 伤 程 度 较 为 严 重 的 齿

低于技术要求( ≥58HRC )。

面上。

( 4 )建议严格把控磨齿工艺, 制定作业指导书,
及时关注试样的检测结果, 有效预防磨削烧伤现象
的发生。
参考文献:

[ 1 ] 朱敦伦, 朱法义, 黄善钧 . 齿轮接触疲劳破环机理的探

讨[ J ] . 哈尔滨工业大学学报, 1979 ( 1 ): 143-151.

[ 2 ] 朱孝录 . 机械零件失效分析讲座 第 3 讲 齿轮的失效
分析( 一)[ J ] . 机械工人( 冷加工), 1999 ( 3 ): 38-40.
[ 3 ] 王起梁, 叶小芬 . 高速列车齿轮传动系统主动齿轮接
图 8 硬度测试曲线
触疲劳可靠性研究[ J ] . 机车车辆工艺, 2013 ( 1 ): 1-4.
[ 4 ] 宋亚虎, 孙胜伟, 刘铁山, 等 . 磁弹法在线监测 渗 碳 齿
2 综合分析
轮的磨 削 烧 伤 [ J ] . 理 化 检 验 ( 物 理 分 册), 2015 , 51
根据上述结果可知, 齿面裂纹的性质为接触疲 ( 12 ): 853-857.
劳裂纹, 这是因为齿面过度回火造成其强度和硬度 [ 5 ] 宋亚虎, 刘铁山, 史向阳, 等 . 齿轮磨削烧伤检 测 技 术
下降。现场并未发现齿轮箱缺油, 因此可排除齿面 现状及发展趋势[ J ] . 理化检验( 物理分 册), 2014 , 50
因缺油而造成的干摩擦, 这点也可从主动齿轮保存 ( 10 ): 714-717.
[ 6 ] 薄鑫涛 . 磨削 烧 伤 裂 纹 的 产 生 与 防 止 [ J ] . 热 处 理,
完好得到证实。在干摩擦情况下, 一般接触频率更
2019 , 34 ( 2 ): 21.
高的主动齿轮将优先发生齿面失效。再结合从动齿
[ 7 ] 李平平, 陆菁, 林栋 .S40C 钢 制 齿 轮 表 面 裂 纹 产 生 原
轮生产工艺及同批次产品对比排查, 最终确认该从
因分析[ J ] . 失效分析与预防, 2020 , 15 ( 3 ): 191-195.
动齿轮失效的根本原因是磨齿工艺不当造 成磨削
[ 8 ] 陈国民 . 论我国渗碳齿轮制造中的若干问题( 下)[ J ] .
烧伤。 机械工人( 热加工), 2007 ( 12 ): 41-48.
文献[ 7 ] 对因磨削造成的齿面硬度下降而引发 [ 9 ] 陈国民 . 论我国渗碳齿轮制造中的若干问题( 中)[ J ] .
的接触疲劳开裂的原因进行了较为深入的研究和探 机械工人( 热加工), 2007 ( 11 ): 41-47.
讨, 指出接触疲劳裂纹产生的根源是剪切应力与齿 [ 10 ] 李钝, 姜海翔, 文圣香 . 齿面接触疲劳点蚀的产生机理
面强度二者之间的关系, 剪切应力与齿轮承载设计、 [ J ] . 荆楚理工学院学报, 2012 , 27 ( 4 ): 14-17.

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