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齿轮减速机啮合面积小致轮齿断裂分析

文章出处:admin 人气:发表时间:2018-09-23 15:51

  齿轮减速机啮合面积小致轮齿断裂分析。某台齿轮减速机中的大齿轮齿面在靠近节线的齿根部分有小坑,其中三个轮齿发生局部断裂和脱落,两个轮齿局部有明显裂纹且已松动,裂纹处小坑较为密集并连通,齿轮减速机断裂及裂纹均起始于齿根靠近节线处,断裂的轮齿破断面分为2个部分,其中部分断面的颗粒细小,断面较光滑,有不平坦而类似阶梯形的层状外观。另部分断面的颗粒较大,断口较为粗糙。对齿轮减速电机进行全面检查和测量后发现,沿齿长方向接触仅百分之八十五,在齿轮右侧长45毫米的啮合面完全未接触,齿高方向接触百分之八十,两传动轴平行度偏差0.13mm/m. 根据齿面接触疲劳强度理论,齿面接触疲劳应力应小于齿轮许用疲劳极限。该齿轮减速机主要是由于安装质量较差造成齿轮啮合接触面减小,使齿面接触疲劳应力大于齿轮许用疲劳极限而产生了点蚀,降低了齿轮的传动性能,终导致伺服减速机轮齿疲劳断裂。
 
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  原因分析:两传动轴平行度偏差造成齿轮啮合面接触面积减小,使齿轮啮合面上的接触应力超过了疲劳极限,在齿轮减速电机齿轮的齿面产生疲劳裂纹,裂纹进步扩展使齿面小块金属剥落,形成小坑,造成了齿轮啮合面的疲劳点蚀,故大齿轮表面失效形式为疲劳点蚀。齿轮减速电机的轮齿齿面硬度较高,实测为HRC54,在运行中无法使齿面的承载面积增加,早期由于接触疲劳形成的点蚀继续扩展,在靠近节线齿根部分的点蚀越来越严重,小坑的面积和深度加大,在齿轮减速机齿轮齿面上的范围也进步扩展,形成扩展性点蚀,其中较深的蚀坑成为强烈应力集中源,先在此部分产生微观疲劳裂纹。
此外,由于齿轮减速电机两平行度的偏差造成齿轮啮合面接触面积减小,轮齿局部载荷增大,随着点蚀的加剧,齿轮的传动能力受到破坏,轮齿的疲劳极限由于蚀坑面积和深度的加大而逐步降低,当齿轮减速机受外载荷应力高于疲劳极限而应力且循环次数又超过定数值后,微观疲劳裂纹扩展生长,发展成为贯穿许多晶粒的宏观疲劳裂缝,应力变化使裂缝张合。裂缝合拢时,其表面接触发生压缩和磨损,齿轮减速电机轮齿齿根经受交变应力,疲劳破断部分被长时间压缩、磨损,裂缝的表面变得光滑,形成了断裂轮齿破断面上较为光滑的断面。疲劳裂缝的扩展是有选择性的,当应力超过疲劳极限时,疲劳裂缝从个局部弱金属部分扩展另个局部弱金属部分,这种选择性的结果使破断部分表面出现了不平坦而类似阶梯形的层状外观。在疲劳裂纹扩展过程中,应力集中促进了裂纹的发展速度,后使齿根剩余断面的应力达到静强度极限,经过定数量的应力循环后,齿轮减速机的轮齿就发生了疲劳断裂破坏。
 

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