關(guān)于機(jī)械零件的失效調(diào)查

1、內(nèi)容為網(wǎng)絡(luò)收集 僅供參考 機(jī)械零件的失效調(diào)查1、目的：了解常用機(jī)械零件的主要失效形式，分析失敗的原因；了解防止或延緩常用零件失效的措施；培養(yǎng)觀察能力和分析能力，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，樹立工程意識(shí)。2、零件的主要失效形式 失效：在規(guī)定的工作條件下不能正常的工作叫失效。 失效的形式有、A、 斷裂：占總失效的5% 零件在（拉、壓、彎曲、扭）負(fù)載荷作用下，（材料的強(qiáng)度極限）就有可能發(fā)生斷裂。 （1）疲勞斷裂：零件在承受交變載荷是，景觀盈利的峰值在抗拉強(qiáng)度甚至在屈服強(qiáng)度以下，但經(jīng)過一定周期后仍會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象成為疲勞。疲勞斷裂為脆性斷裂。（2）蠕變斷裂失效：在高溫下工作的零件，當(dāng)蠕變變形量超過一定的范圍時(shí)，

2、零件內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，有些材料在斷裂前產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象。（3）環(huán)境坡段失效：在負(fù)載和條件下，由于環(huán)境因素（例如腐蝕介質(zhì)）的影響，往往出現(xiàn)低應(yīng)力下的延緩斷裂使零件失效。環(huán)境坡段失效應(yīng)包括應(yīng)力腐蝕、氫脆、疲勞等。（4）韌性斷裂失效：零件承受的載荷大雨材料的屈服強(qiáng)度，斷裂前的零件明顯的塑性變形，尺寸變化明顯，斷面縮小，斷口呈纖維狀。（5）低溫脆性斷裂失效：零件在低于其材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度以下工作是，其韌性和塑性大大降低并發(fā)生脆性斷裂而失效。 例如：B、過量變形變形（1）過量彈性變形失效：零件由于產(chǎn)生過大的彈性變形而失效，稱為彈性變形失效。例如對(duì)于受彎扭的軸類零件，其過大變形量會(huì)造成零件的嚴(yán)重偏載甚至齒合失常，

3、進(jìn)而導(dǎo)致傳動(dòng)失效（2）過量塑性變形失效：零件承受的應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度是發(fā)生塑性變形，過量的塑性變形會(huì)使零件的相對(duì)位置發(fā)生變化，使整個(gè)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不良。（3）蠕變變形失效：受長(zhǎng)期固定載荷的零件，在工作中尤其是在高溫下發(fā)生蠕變（即在應(yīng)力不變情況下，變形量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象）。如鍋爐、汽輪船、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其它熱機(jī)的零部件，常由于蠕變產(chǎn)生的塑性變形和應(yīng)力松弛而失效。 在附載荷的作用下達(dá)到材料的強(qiáng)度極限則產(chǎn)生變形。 例如：重載輪齒面齒輪的傳動(dòng)，齒面塑性變形。 輪齒面在沖擊載荷下倒牙。（1）零件的表面破壞：占74%磨損表面物質(zhì)的轉(zhuǎn)移或喪失表面磨損；牽引齒輪輪承磨損：拖拉機(jī)25%論滾鋼軌 （2）接觸疲

4、勞：在接觸變應(yīng)力長(zhǎng)期作用下齒面點(diǎn)蝕 軸承點(diǎn)蝕 （3）腐蝕：在有害介質(zhì) 柴油缸套 生銹C表面損傷失效（1） 磨損失效：相互接觸的一對(duì)金屬表面，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬表面發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑變，是金屬狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象。（2） 腐蝕失效：零件暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中并于環(huán)境介質(zhì)間發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用而造成零件表面損耗，引起尺寸、性能變化，導(dǎo)致失效。（3） 表面疲勞失效：相互接觸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)表面，在工作過程中承受交變接觸應(yīng)力的作用而導(dǎo)致表面層材料發(fā)生疲勞脫落，造成失效。 D：正常工作條件破壞引起的失效 動(dòng)壓滑動(dòng)軸承：缺油、軸承油膜破壞 帶傳動(dòng)：過載打滑 高速回轉(zhuǎn)零件：共振 一般：每一種零件在不同的工作條件下有不同的

5、是失效形式。 主要失效形式：磨損、疲勞（點(diǎn)蝕、斷裂）、腐蝕 一般齒輪的失效形式序號(hào)齒輪的失效形式占總失效的百分比 1疲勞斷齒 32.82過載斷齒 19.53輪齒碎裂 4.34輪轂撕裂 4.65表面疲勞 20.36表面磨損 13.27齒面塑性變形 5.3齒輪服役后，由于產(chǎn)生變形、齒面磨損或整體損壞等，致使齒輪失去正常功能而失效。齒輪的失效形勢(shì)很復(fù)雜，失效形式多樣。如經(jīng)表而強(qiáng)化的汽車拖拉機(jī)齒輪。發(fā)生失效的形式有表面疲勞剝落、表面磨損、彎曲疲勞，過載段齒以及換擋齒輪的端面磨損等。齒輪失效類型可以分為四大類，磨損、表面疲勞、塑性變形和折斷。每一大類還可細(xì)分為幾類，進(jìn)而使分類更加精細(xì)和明確辨別特征。分類

6、失效類型磨損輕微磨損中度磨損過度磨損磨粒磨損腐蝕磨損輕微膠合中等膠合破壞性膠合局部膠合表面疲勞早期點(diǎn)蝕破環(huán)性點(diǎn)蝕剝落塑性變形碾擊塑變磷皺起脊齒面塑變折斷疲勞折斷過載折斷失效的特征、部位及對(duì)策損傷特征部位損傷原因?qū)Σ吣p：齒輪在嚙合過程中，輪齒接觸表面材料的摩擦損耗現(xiàn)象1. 輕微磨損：接觸表面上的微凸體逐漸磨平，直至出現(xiàn)非常光滑的表面為止2. 中等磨損：節(jié)線上下齒面材料都有一定磨損，節(jié)線位置3. 過度磨損：齒廓形狀破壞，磨損率非常高，節(jié)線附近有點(diǎn)蝕，傳動(dòng)有噪音和振動(dòng)。4. 磨粒磨損：輪齒接觸表面沿滑動(dòng)方向有較均勻的條痕，多次摩擦條痕重疊。5. 腐蝕磨損：齒面上呈現(xiàn)均勻分布的腐蝕坑，齒面沿滑動(dòng)方向

7、伴有腐蝕痕跡。輪齒接觸表面的粗糙度與潤(rùn)滑黏度、齒輪工作速度、工作載荷不匹配。齒輪在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下工作，潤(rùn)滑系統(tǒng)中有小量的污染雜物潤(rùn)滑系統(tǒng)和密封裝置不良，系統(tǒng)有嚴(yán)重振動(dòng)、沖擊載荷。齒面間異物引起磨粒磨損，在開式齒輪傳動(dòng)中更為嚴(yán)重。齒輪材料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，由摩擦、沖刷形成腐蝕磨損，高溫極壓添加劑形成磨蝕介質(zhì)。此為輕微磨損過程，可適時(shí)更換潤(rùn)滑油。提高潤(rùn)滑度粘度、降低油溫，加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?，加?qiáng)油液清潔度管理對(duì)污染雜質(zhì)增設(shè)過濾裝置，適時(shí)更換潤(rùn)滑油改善潤(rùn)滑方式，提高潤(rùn)滑度粘度，提高工作速度，減輕載荷，跑合后注意清洗，適時(shí)換油，開式齒輪箱采取適當(dāng)防護(hù)。防止油液污染，添加劑的成分含量適當(dāng)，建立合理的工藝規(guī)程

8、膠合：相嚙合的齒面金屬，在一定壓力下直接發(fā)生粘著，隨著齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使金屬從齒面上撕落而引起嚴(yán)重的粘著磨損現(xiàn)象。1. 輕微膠合：靠近齒頂或齒根的齒面上沿滑動(dòng)方向有極輕微而細(xì)密的傷痕（一條暗帶），有時(shí)要借助顯微鏡才能看到2. 中等膠合：齒頂部、齒根部均有滑動(dòng)方向的粘撕痕跡，較軟齒面更明顯。3. 破壞性膠合：沿滑動(dòng)方向呈現(xiàn)明顯粘撕痕跡，齒頂有明顯的材料移失跡象，齒廓?dú)?，振?dòng)、噪音增大。4. 局部膠合：局部區(qū)域有齒面膠合現(xiàn)象，并不延伸、擴(kuò)展。運(yùn)轉(zhuǎn)初期潤(rùn)滑條件與工作情況不協(xié)調(diào)，或輕微干涉存在而引起。齒輪嚙合處局部溫度過高，破壞潤(rùn)滑油膜潤(rùn)滑不充分，工作溫度過高，齒面接觸應(yīng)力或速度過高引起的過熱。由于

9、安裝制造誤差，引起載荷集中，鼓形齒修形量過大，齒寬較大，局部溫升引起變形?？刂茊?dòng)過程的潤(rùn)滑及載荷，排除干涉的原因。降低油溫，使用極壓添加劑的潤(rùn)滑油，降低齒面表面粗糙度，降低載荷及速度。保證一定條件下的良好潤(rùn)滑，采用極壓或特殊高粘度的潤(rùn)滑油。安裝精度適當(dāng)，修行量適當(dāng)，散熱應(yīng)均勻，油的冷卻與供油部位應(yīng)適當(dāng)。點(diǎn)蝕：齒面呈點(diǎn)狀的齒面疲勞損傷1. 早期點(diǎn)蝕：有較小、數(shù)量不多的麻點(diǎn)。2. 破壞性點(diǎn)蝕：靠近節(jié)線的齒根表面上，麻點(diǎn)不斷擴(kuò)展，噪音增大。嚙合齒面局部過載，齒形誤差，齒面凹凸不平，軸線歪斜造成偏載。齒面接觸應(yīng)力過大，節(jié)線附近滑動(dòng)速度方向變化，油膜不易形成。提高齒形精度，精心跑合。提高齒面硬度，降低

10、粗糙度，改善潤(rùn)滑。剝落：齒面上材料成片好狀剝離剝落：形狀不規(guī)則的片狀剝落坑。硬齒面上過高的接觸應(yīng)力作用，疲勞裂紋擴(kuò)展形成，材料缺陷，齒面軟硬的過度層中裂紋的延伸擴(kuò)展。承載力不足應(yīng)考慮重新設(shè)計(jì)，提高輪齒芯部硬度，減小應(yīng)力集中。塑性變形：在過大應(yīng)力作用下，輪齒材料因屈服產(chǎn)生塑性流動(dòng)，而形成齒面與齒體的變形1. 碾擊塑變：在齒頂棱和齒端出現(xiàn)飛邊，齒頂滾圓，節(jié)線附近有溝槽、脊棱。2. 磷皺：齒面塑變呈魚鱗狀皺紋，并垂直于滑動(dòng)速度方向。3. 起脊：整個(gè)工作齒面上沿滑動(dòng)方向形成明顯的脊棱。4. 齒體塑變：輪齒歪扭，齒形劇變，硬齒面輪齒伴有變色現(xiàn)象。滾碾沖擊作用，接觸應(yīng)力過大，齒輪材料硬度過低，動(dòng)載荷太大以

11、及潤(rùn)滑不良。潤(rùn)滑不良及高壓強(qiáng)作用，齒面“爬行” 的結(jié)果，低速度、振動(dòng)引起齒面塑性流動(dòng)。常發(fā)生在重在的蝸桿傳動(dòng)中，準(zhǔn)雙曲線齒輪傳動(dòng)中，高接觸應(yīng)力和低滑動(dòng)速度，不良潤(rùn)滑材料的塑性變形潤(rùn)滑失常造成劇烈溫升引起輪齒熱塑變形，過大載荷引起冷塑變形。減小接觸應(yīng)力，提高材料硬度，降低動(dòng)載荷，采用極壓添加劑和高粘度潤(rùn)滑油，保證制造、安裝精度提高齒面硬度，改善潤(rùn)滑，提高速度，控制齒輪振動(dòng)。提高材料的硬度，采用粘度大、有極壓添加劑的潤(rùn)滑油，保證潤(rùn)滑油的清潔度。充分的潤(rùn)滑，提高潤(rùn)滑油的粘度，對(duì)冷塑變形應(yīng)提高材料的屈服極限。輪齒折斷：輪齒一個(gè)或多個(gè)齒的整體或局部斷裂1. 疲勞折斷：起源于齒根處的疲勞裂紋擴(kuò)展造成的斷裂

12、。2. 過載斷齒：斷口較粗糙，無疲勞斷裂的特征。高的交變應(yīng)力多次作用的結(jié)果，齒根圓角半徑過小，表面粗糙度過高，滾切加工時(shí)有損傷，材料中有雜物，殘余應(yīng)力影響。短時(shí)意外過載造成嚴(yán)重應(yīng)力集中，動(dòng)載荷過大，較大硬質(zhì)異物進(jìn)入嚙合處。修改齒輪幾何參數(shù)，降低齒根表面粗糙度，正確的噴丸處理，適當(dāng)?shù)臒崽幚硐龤堄鄳?yīng)力。避免突然的意外過載，設(shè)置安全裝置。齒輪的失效損傷除了以上類型和特征外，還可有其他形式的損傷，如隨機(jī)斷裂、各種材料缺陷造成的損傷、加工工藝不當(dāng)造成的淬火裂紋、磨削裂紋等。但此類損傷如在加工過程中加強(qiáng)質(zhì)檢是可以避免的。1.螺桿壓縮機(jī)齒輪失效折斷圖2 為大部分損傷齒輪的形貌。齒輪折斷有兩種形式：一種是疲

13、勞折斷，另一種是過載折斷。疲勞折斷的斷口有兩個(gè)區(qū)域：裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)折斷區(qū)，如圖2 所示。裂紋源就位于呈貝殼紋狀的疲勞擴(kuò)展線。根據(jù)圖3 的形貌，其損傷處更多地接近過載折斷。斷口面呈粗糙晶粒狀，在韌性斷裂面上存在塑性變形痕跡，從圖4a 中可看出斷齒大部分為角形折斷。結(jié)合圖4 可知，齒輪一邊的齒已大部分?jǐn)嗟簦ㄉ踔劣腥繑嗟舻默F(xiàn)象），另一邊還保留著，且在殘留的1 / 4齒長(zhǎng)上，其齒面光亮如新，未見齒輪嚙合痕跡，顯然齒輪嚙合存在嚴(yán)重的偏嚙現(xiàn)象。因此，可以推斷偏嚙、沖擊和過載可能是輪齒折斷的直接原因。四、斷齒原因根據(jù)前面對(duì)結(jié)構(gòu)的分析可知，因定位層次較多，在批量生產(chǎn)條件下，難以完全保證各部件的同軸度，所以

14、齒輪安裝本身就存在偏嚙的可能。圖5 為UN2308ECJ 軸承損害狀況形貌。外圈內(nèi)滾道出現(xiàn)與滾柱數(shù)目相同的12 條凹坑。調(diào)心軸承的使用固然有助于解決箱體等零部件誤差大，不易安裝的問題，即便有點(diǎn)歪斜、不同軸等問題，照樣可以安裝起來。但是，如此安裝起來的總成將使所有的誤差全部集中到齒輪軸承（UN2308ECJ）上（從圖1 可知，該軸承的外圈以箱體為基準(zhǔn)定心，而其內(nèi)圈由機(jī)頭定心）。當(dāng)同軸度誤差較大時(shí)，齒輪軸承就在過定位狀態(tài)下工作，將承受巨大的預(yù)應(yīng)力，軸承每轉(zhuǎn)一圈，就受一次沖擊。同軸度誤差越大，沖擊力就越大。過大的同軸度誤差不僅消耗掉了游隙，多余的誤差就對(duì)滾道產(chǎn)生沖擊。軸承滾柱對(duì)滾道的沖擊只要形成一點(diǎn)

15、痕跡，很快就會(huì)形成與滾柱數(shù)目相等的凹坑。凹坑形成后，滾柱和保持架轉(zhuǎn)至滾道凹坑處，相對(duì)滾動(dòng)出現(xiàn)短時(shí)停滯現(xiàn)象，這又進(jìn)一步加重了沖擊。這樣，凹坑加深，軸承磨損，游隙快速增大，周而復(fù)始，惡性循環(huán)。軸承每轉(zhuǎn)一周，就使齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生12 次圓周沖擊載荷。在此情況下，齒輪的齒向嚙合精度將變差，從而使偏嚙更嚴(yán)重，最終導(dǎo)致輪齒因過載而折斷。五、措施及效果從以上分析可知，機(jī)頭的螺桿孔和齒輪箱孔之間的同軸度誤差是造成齒輪斷齒的真正原因，應(yīng)采取的措施如下：（1）在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下嚴(yán)格控制同軸度的精度。齒輪箱的精度必須達(dá)到所要求的精度。（2）齒輪和齒輪箱裝配時(shí)，必須保證有要求的裝配精度。（3）在其中一個(gè)齒輪的偏嚙端作適量的

16、鼓形修正，其長(zhǎng)度和齒向可以通過試驗(yàn)得出。2汽車變速箱齒輪失效失效齒輪為載重汽車變速箱一擋齒輪， 由滲碳鋼制造，在進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求就發(fā)生斷齒現(xiàn)象。根據(jù)斷口的形貌可斷定該齒輪的斷裂為高應(yīng)力作用下引起的快速斷裂。主動(dòng)齒輪心部斷口基本為韌窩，被動(dòng)齒輪具有準(zhǔn)解理斷裂形貌，說明主動(dòng)齒輪韌性較好，但強(qiáng)度較低。顯微硬度證實(shí)了主動(dòng)齒輪硬度較被動(dòng)齒輪低。兩只齒輪滲碳層中均有網(wǎng)狀滲碳體析出，這將使表層韌性較低，致使在運(yùn)轉(zhuǎn)過程經(jīng)受不了啟動(dòng)沖擊應(yīng)力的作用。本次斷裂事故是由主動(dòng)齒輪先斷裂，進(jìn)而引起被動(dòng)齒輪崩齒，故在被動(dòng)齒輪上還能看到碰傷的痕跡。因此，可以認(rèn)為齒輪失效的原因?yàn)闈B碳工藝控制不當(dāng)（熱處理不當(dāng)）而引起斷齒。變速箱一擋齒輪發(fā)生斷齒后的宏觀實(shí)物如圖6所示。主動(dòng)齒輪及被動(dòng)齒輪斷齒后的宏觀斷口形貌見圖7所示。圖象說明： 變速箱齒輪發(fā)生斷齒后的宏觀實(shí)物形貌。圖6 圖7 圖象說明： 被動(dòng)齒輪的斷口形貌。沿齒根斷裂，斷口形貌與主動(dòng)齒輪斷口相似，斷齒附近幾個(gè)齒不同程度都發(fā)生小塊崩裂及碰傷。3大型推土機(jī)被動(dòng)齒輪失效斷裂失效的構(gòu)件系大型推土機(jī)被動(dòng)齒輪，熱處理工藝為滲碳后淬火及回火。熱處理后，由于該齒輪發(fā)生形變，采用局部加熱后校正再進(jìn)行回火。四個(gè)月后，在磨內(nèi)孔時(shí)發(fā)現(xiàn)該齒輪開裂。 大型推土機(jī)被動(dòng)齒