7輪齒折斷 Tooth breakage
7.1過(guò)載折斷 overload breakage
這類(lèi)折斷通常只在一次或很少幾次嚴(yán)重過(guò)載時(shí)發(fā)生。有時(shí),由于過(guò)載產(chǎn)生的初始裂紋會(huì)像疲勞裂紋一樣緩慢發(fā)展后而折斷,這種初始裂紋區(qū)域在裂紋發(fā)展中通常還存在有微動(dòng)腐蝕的跡象。過(guò)載斷口面有三種類(lèi)型:
—— 脆性斷裂;
—— 韌性斷裂;
—— 半脆性斷裂。
7.1.1脆性斷裂 brittle fracture
沿解理面的穿晶斷裂或沿晶界的晶間開(kāi)裂,其特征是沒(méi)有可見(jiàn)的塑性變形。當(dāng)發(fā)生沿解理面斷裂時(shí),斷口上?梢(jiàn)光澤的小面。
7.1.2韌性斷裂 ductile fracture
斷口面無(wú)光澤,呈纖維狀,用肉眼可看到塑性變形。
有時(shí),由于過(guò)載或過(guò)載和疲勞綜合作用引起的裂紋,其剩余的未開(kāi)裂的材料在裂紋方向可能因剪切作用而最終折斷。這種斷齒的剪切區(qū)通常呈球狀或圓形隆起狀(隆起剪切區(qū)),該剪切區(qū)沿?cái)嗝孀罱咏诜枪ぷ鼾X面的那一邊延伸。
過(guò)載折斷通常使齒輪的幾個(gè)齒損傷,而由疲勞裂紋引起輪齒折斷一般是折斷一個(gè)輪齒。
小齒輪輪齒的過(guò)載折斷。折斷面呈現(xiàn)出:
—— 由于材料拉應(yīng)力過(guò)大引起輪齒折斷后的晶粒狀斷口面(脆性斷裂);
—— 金屬材料被剪切后的光滑隆起(韌性剪切)。
7.1.3半脆性斷裂 semi-brittle fracture
這種斷口上幾乎沒(méi)有塑性變形或沒(méi)有塑性變形,可見(jiàn)人字形圖案,這種圖案表明存在一系列交變的脆性和或多或少的韌性斷裂。
通常,當(dāng)齒輪齒根厚度與齒寬相比顯得小時(shí),斷口面上就會(huì)出現(xiàn)人字形。
人字形的頂尖總是指向斷裂源。
承受很高的交變載荷、低循環(huán)次數(shù)后出現(xiàn)的輪齒斷口面。
7.2輪齒剪斷 tooth shear
輪齒被剪斷的斷口面類(lèi)似于機(jī)加工過(guò)的表面。這種形式的損傷絕大多數(shù)限于嚙合齒輪副中材料強(qiáng)度相對(duì)較低的齒輪輪齒上,且輪齒剪斷幾乎都是由于一次嚴(yán)重過(guò)載所致。
右齒面因一次嚴(yán)重過(guò)載的輪齒剪斷(彎曲過(guò)載)。
這兩幅圖表明齒輪所有輪文化部端部或接近齒端的部分被剪掉。
這兩個(gè)齒輪的損壞是由于一個(gè)軸承失效導(dǎo)致嚙合輪齒間載荷分配發(fā)生劇烈改變而引起的。
7.3塑性變形后折斷(抹斷) breakage after plastic deformation(smeared fracture)
所有這類(lèi)斷裂都先從輪齒整體塑性變形開(kāi)始,最后折斷。通常,所有輪齒都受到損傷,原因是由于材料不能承受所施加的載荷所致,包括:
—— 載荷產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)材料強(qiáng)度(冷塑變后斷裂);
—— 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的過(guò)熱引起齒輪材料強(qiáng)度的降低(熱塑變后斷裂)。
軟鋼小齒輪輪齒冷塑變后斷裂。
大齒輪嚴(yán)重膠合后熱變斷裂。
7.4疲勞折斷 fatigue breakage
7.4.1彎曲疲勞 benking fatigue
經(jīng)高循環(huán)次數(shù)載荷的作用,裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的輪齒折斷。
斷口面分為兩個(gè)不同的區(qū)域,疲勞斷口面和最終斷口面。在疲勞區(qū)內(nèi)看不到塑性變形痕跡,斷口面平滑、無(wú)光澤,有時(shí)由于被抑制線(xiàn)分割,可顯現(xiàn)出裂紋擴(kuò)展各連續(xù)階段的間隔區(qū)。
最終斷口面形貌可與過(guò)載折斷引起的一種或其他斷口面相對(duì)應(yīng)。
兩個(gè)輪齒的疲勞折斷。
斜齒小齒輪兩個(gè)輪齒的疲勞折斷。
弧齒錐齒輪小齒輪兩個(gè)輪齒的疲勞折斷。
幾個(gè)輪齒的疲勞折斷。輪齒系雙側(cè)齒面承載,最終折斷始于齒寬中部。
7.4.2齒端折斷 tooth end breakage
通常由于載荷集中在輪齒端部導(dǎo)致的圓柱齒輪或圓錐齒輪輪齒端部的折斷。
在這幾個(gè)輪齒上由于齒輪傳遞的載荷集中于靠近一端的一小部分齒面上,因而造成齒面嚴(yán)重點(diǎn)蝕,從而導(dǎo)致其下一輪齒疲勞折斷。