礦井提升絞車不僅擔(dān)負(fù)著礦井煤炭提升運(yùn)輸?shù)闹饕蝿?，而且還承擔(dān)人員的運(yùn)輸工作，旦減速器齒輪開裂造成齒輪斷裂導(dǎo)致提升機(jī)失控，對礦井生產(chǎn)和安全將造成嚴(yán)重影響。

　　因此有必要對開裂的齒輪進(jìn)行綜合分析，查找造成齒輪開裂的原因，以避免事故的發(fā)生。

　　

    1.齒圈材料為ZC45，加工后熱壓套裝在齒圈上。嚙合的一對齒輪中的―個齒輪發(fā)生齒面開裂，另―未發(fā)現(xiàn)開裂。齒輪開裂已穿透整個齒輪圈，在原過盈力作用下，裂紋最大張開競度約5mm.齒面裂紋有八B、C三條，如所示。從裂紋尺寸和分布情況可確定A裂紋為主裂紋。當(dāng)A裂紋快速擴(kuò)展穿透整個齒面時，齒間擬合狀態(tài)破壞，與斷齒相鄰的兩個齒面在傳動過程中被擠壓開裂。

　　2.從裂紋擴(kuò)展宏觀形態(tài)可以確定，屬于疲勞斷裂。裂紋疲勞擴(kuò)展區(qū)比較光亮，呈半橢圓形形態(tài)，可隱約觀察到裂紋擴(kuò)展過程中形成的疲勞弧線。裂紋疲勞擴(kuò)展到一定尺寸后在外力作用下快速擴(kuò)展，形成過載斷裂形態(tài)，在疲勞斷裂區(qū)邊緣有明顯的裂紋擴(kuò)展形成的撕裂棱，開裂面粗糙，呈清晰的放射狀。

　  3.在齒根斷裂源區(qū)，開裂面呈現(xiàn)枯木狀斷裂形態(tài)，其上有許多塊狀碎裂的夾雜物以及二次裂紋；斷口上難以觀察到明顯的疲勞斷裂形成的疲勞條痕，只在局部晶粒上有類似于疲勞條痕的斷裂形態(tài)，在二次裂紋部位可以觀察到裂紋內(nèi)有較多的碎塊狀夾雜，兩側(cè)晶粒有明顯的摩擦痕跡，斷面邊緣也有明顯的磨損擠壓形態(tài)，局部的微孔深、孔口小2齒輪材料金相組織與性能分析bookmark5為了進(jìn)一步確定齒輪斷裂的原因，在斷裂的齒面不同部位取樣，進(jìn)行金相分析，各部位典型組織形態(tài)如所示。從齒輪輪齒不同部位的金相組織形態(tài)可知，齒輪齒面的組織形態(tài)特征與心部基本相同。組織中有較大的夾雜物和鑄造缺陷。這是導(dǎo)致材料疲勞強(qiáng)度降低的主要因素。

　　4.齒輪硬度較低，齒面硬度只有HRC3Q與齒輪心部硬度相差不大。尤其齒根硬度偏低，只有HRC25.屬于夾雜脫落導(dǎo)致。

　　礦井提升機(jī)減速器齒輪開裂分析以確定，齒輪的斷裂屬疲勞斷裂。導(dǎo)致齒輪早期斷裂的根本原因主要是：面尤其是齒根部位硬度偏低。一方面，齒輪根部要承受齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中輪齒嚙合時的較大彎曲應(yīng)力；嚙合表面產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨損和接觸疲勞，形成齒面上的剝落坑，過程中產(chǎn)生沖擊和較大的振動。

　　

    (1)能承受這樣的載荷，疲勞裂紋即從輪齒根部形成并擴(kuò)展；

   （2）粗大的鑄態(tài)組織和夾雜物以及鋼中的鑄造缺陷提高了裂紋的擴(kuò)展速率，導(dǎo)致疲勞裂紋快速擴(kuò)展，加速了斷裂的過程；

   （3）從齒輪齒面磨損和剝落坑形態(tài)以及斷齒的疲勞區(qū)與最后瞬斷區(qū)的比例可以看出：齒輪的實(shí)際運(yùn)行載荷較大，為裂紋的形成和擴(kuò)展提供了力學(xué)條件。

　　大量的實(shí)驗表明：承受交變載荷的零件的表面硬度對零件的疲勞寒命有很大影響。本分析中，齒輪表1單齒硬度測試結(jié)果輪齒表層硬度與輪齒中心硬度基本相同，而且齒根的硬度還低于齒頂和齒面的硬度，可見該齒輪加工后沒有進(jìn)行有效的熱處理，即使對表面進(jìn)行了火焰淬火處理，也因淬硬層薄，起不到明顯的改善材料疲勞強(qiáng)度的作用。

　　關(guān)于金屬組織對疲勞寒命的影響的研究結(jié)果比較復(fù)雜，缺乏必要的對比數(shù)據(jù)，但普遍的認(rèn)為鋼中的缺陷對疲勞強(qiáng)度有較大的影響，這一影響要比對靜載強(qiáng)度的影響大得多，金屬的疲勞極限隨晶粒的增大和缺陷的增多而降低，而疲勞斷裂概率明顯增加。本次斷齒的金相組織粗大，有嚴(yán)重的鑄造缺陷和夾雜物，嚴(yán)重降低齒輪的疲勞寒命。疲勞裂紋擴(kuò)展速率與晶粒尺寸呈線性關(guān)系；在疲勞裂紋擴(kuò)展前沿，夾雜物極易形成微裂紋，加速疲勞裂紋擴(kuò)展；在疲勞裂紋擴(kuò)展前沿形成應(yīng)力集中，使實(shí)際應(yīng)力水平提高，促進(jìn)裂紋擴(kuò)展；鋼中的夾雜物和鑄造缺陷導(dǎo)致材料的脆性增大，強(qiáng)度和韌性降低，導(dǎo)致快速的脆性斷裂。

　?。?）齒輪的斷裂屬于疲勞斷裂，疲勞裂紋起源于輪齒根部。輪齒根部承受最大的交變應(yīng)力，當(dāng)材料疲勞強(qiáng)度不足以承受載荷作用力時，即發(fā)生疲勞性質(zhì)的

    （2）齒輪材料存在較嚴(yán)重的組織缺陷，有鑄造缺陷和較大尺寸的夾雜物，這使得材料的疲勞抗力降低。

　?。?）齒面硬度相對較低，致使齒輪在傳動過程中齒面形成嚴(yán)重磨損，在接觸應(yīng)力作用下，齒面形成接觸疲勞損傷。尤其齒根硬度偏低，疲勞抗力低，不足以承受彎曲應(yīng)力以及齒面損傷形成的振動和沖擊載荷作用。

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