Page 63 - 理化检验-物理分册2025年第四期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl240026

压缩机齿轮轴端齿盘断齿原因

李 明，刘希德，李金红，马 宇
（锦州捷通铁路机械股份有限公司 检测中心，锦州 121116）

摘 要：某压缩机在服役期间，其5级叶轮侧的齿轮轴端齿盘发生断齿事故。采用宏观观察、化
学成分分析、力学性能测试、扫描电镜和能谱分析、金相检验等方法对该轴端齿断裂原因进行分析。
结果表明：轴端齿的断裂性质为微动疲劳断裂；服役时，装配预紧力不足使中心拉杆发生松弛,导致
齿面出现微动磨损，裂纹起源于微动磨损形成的麻坑处，在交变载荷的作用下，麻坑处产生应力集
中，引起疲劳裂纹的萌生和扩展，最终导致轴端齿断裂。
关键词： 端齿盘；18CrNiMo7-6钢；接触应力；麻坑；微动疲劳
中图分类号：TB31；TG115.2 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2025)04-0047-05
Reason for tooth breakage of the gear shaft end gear disc of the compressor

LI Ming, LIU Xide, LI Jinhong, MA Yu
( Testing Center, Jinzhou Jietong Railway Machinery Co., Ltd., Jinzhou 121116, China )

Abstract: During the service of a certain compressor, the gear shaft end gear disc on the 5th stage impeller
side experienced tooth breakage. The cause of the fracture of the shaft end teeth was analyzed using macroscopic
observation, chemical composition analysis, mechanical property testing, scanning electron microscopy and energy
spectrum analysis, metallographic examination. The results show that the fracture property of the shaft end teeth was
fretting fatigue fracture. During service, insufficient pre tightening force during assembly caused the center pull rod
to relax, resulting in fretting wear of the tooth surface. Cracks originated from the pits formed by micro motion wear.
Under the action of alternating loads, stress concentration occurred at the pits, led to the initiation and propagation of
fatigue cracks, ultimately resulted in the fracture of the shaft end teeth.
Keywords: end gear disc; 18CrNiMo7-6 steel; contact stress; pit; fretting fatigue

端齿盘啮合结构常用于压缩机齿轮轴与叶轮 做逆时针高速旋转，对 N 2 进行压缩。笔者采用宏
的连接固定，该结构具有传递扭矩大、传递平稳、对 观观察、化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜
中性好、可频繁拆卸等优点。某压缩机运行约 1 a （SEM）和能谱分析、金相检验等方法查明了轴端
后，其 5 级叶轮侧的齿轮轴端齿盘发生断齿现象， 齿的断裂原因，并提出了改进建议，以避免该类问
其他各级端齿盘均未发现裂纹或断齿缺陷，断裂端 题再次发生。
齿副的宏观形貌如图 1 所示。该齿轮轴的材料为 1 理化检验
18CrNiMo7-6 钢，经锻造、粗加工后，对其整体进
行渗碳淬火，以满足斜齿轮的渗碳层要求。轴端齿 1.1 宏观观察
采用切削加工，切削掉渗碳层后，齿面应满足材料 轴端齿断口的宏观形貌如图2所示。 由图2可知：
渗碳淬火心部的组织与硬度要求。该压缩机的工 断裂均发生在沿单齿齿宽方向的外端，断口无塑性
作介质为 N 2 ，工作温度约为 80 ℃。服役时，该级 变形，呈宏观脆性断裂特征；断口1与轴向约呈45°，
齿轮轴端齿盘（主动端）带动叶轮端齿盘（从动端） 存在台阶特征，台阶收敛于承载侧齿面的磨痕处；断
口2可见多个大致平行的台阶， 台阶同样起源于承载
侧齿面的磨痕处，说明该处为断口2的裂纹源区；断
收稿日期：2024-02-04
口2裂纹扩展前期较平坦，大致与轴向垂直，扩展后
作者简介：李 明（1986-） ，男，工程师，主要从事金属材料理化
检验与失效分析工作，1297585553@qq.com 期断口与轴向约呈45°。
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