大功率风力发电机齿轮失效分析

国内某厂生产的大功率风力发电机,其增速齿轮箱中的高速中间轴运行大约1 000 h后发生断裂失效。为探究断裂失效的原因,对断裂齿轮先后进行宏观形貌观察、电子探针形貌分析、金相组织分析、硬度检验、烧伤检验等分析。宏观检测下齿面破损较严重,在某些齿根附近轮齿几乎全部剥落;微观下观察,齿面在破损后仍旧长时间运行,无明显断口特征,但能确定为疲劳开裂,破损区域金相组织显示齿面存在明显异常区域,结合硬度检验与金相检验,发现该区域存在明显异常,硬度值明显低于设计值,显微组织与正常区域存在明显差异,而烧伤检验下显示齿面上存在明显的烧伤带。最终结果表明：齿轮断裂是由于在磨齿过程中发生齿面烧伤,导致齿面抗接触疲劳强度降低,从而发生疲劳断裂。     

风电齿轮箱小齿轮断齿原因分析

风电场1.5 MW风电机组齿轮箱在运行中出现故障,经检查发现中速轴小齿轮出现断齿现象。采用宏观观察、微观观察、并结合相关理化性能测试,综合分析得出齿轮的失效原因。结果表明,风电齿轮箱中速轴小齿轮断裂性质为疲劳断裂,在断口上观察到清晰的疲劳弧线,裂纹源萌生于齿面接触疲劳产生的蚀坑中,而导致齿面严重接触疲劳的原因是偏载。     

齿圈开裂失效分析

高速齿轮箱人字齿轮圈在进行第二次试车时发生开裂故障。通过宏观检验、化学成分分析、硬度测试、金相检验和扫描电镜分析等,研究了高速齿轮箱人字齿圈试车时开裂的原因。结果表明:齿圈的材料化学成分、低倍组织及非金属夹杂物检查结果正常。齿圈吊装螺纹孔加工表面粗糙度差,出现密集的微裂纹产生较大的应力集中效应,热处理时产生的较高热应力和螺纹内渗碳,是导致齿圈开裂的主要原因,试车启动时较大的冲击应力促进了裂纹的扩展。     

汽车齿轮断裂失效分析

针对汽车齿轮运行过程中发生断齿现象,运用光学显微镜、扫描电镜观察了齿轮断口的宏观及微观形貌,并对齿轮截面渗碳层硬度分布进行测定。结果表明,在外载作用下,齿轮表面产生应力集中造成齿面次表层局部损伤并出现微裂纹,裂纹扩展以及齿面碾压,造成表面渗层剥落,心部存在的铁素体组织,降低其心部硬度,导致齿轮断裂失效。     

减速箱小齿轮轴断齿失效分析

小齿轮轴使用约10个月发生齿断裂.采用光谱仪、硬度计、金相显微镜对失效件进行了分析.结果表明,齿面硬化层不均匀,尤其是齿根处没有硬化层是导致齿轮疲劳损坏的根本原因.     

汽车螺旋锥齿轮失效分析

利用宏观断口分析、力学性能测试、显微组织分析等对发生齿面剥落的客车主动螺旋锥齿轮进行了失效分析.分析表明,齿面非正常接触造成的齿顶附近接触压应力过大是导致齿面早期剥落的主要原因;晶界弱化、渗层偏薄等则使剥落过程加快、剥落程度加重.     

高速齿轮轴断齿原因分析

目的 材质为17Cr2Ni2MoA的风电齿轮箱高速齿轮轴,同炉号共生产5件,在安装装配后进行试车试验时其中4件均发现有断齿现象,导致高速齿轮轴报废,同时导致整个风电齿轮箱的安装调试工作停滞.故对该高速齿轮轴断齿原因进行分析,以区分质量事故责任.方法 通过化学成分分析、齿面宏观外貌观察分析、宏观断口、宏观金相、微观金相、有效硬化层深度测试、扫描电镜试验分析等一系列的理化试验,对该高速齿轮轴断齿原因进行分析.结果 该高速齿轮轴材质正常,化学成分合格.齿轮轴齿部断口上有疲劳贝壳纹线,齿轮断口为疲劳断口,疲劳源在齿根.齿轮轴齿部表面渗碳热处理层组织正常,晶粒度级别为7级,合格;齿轮轴齿根、齿面、齿顶表面渗碳热处理层的有效硬化层深度均过深,不符合产品技术要求.齿轮轴断口微观形态呈疲劳辉纹,未见明显的冶金缺陷.结论 该高速齿轮轴断齿性质为快速疲劳断裂,其形成原因是齿根渗碳层深度过深所致.     

汽车后桥从动齿轮断齿和齿面损伤失效分析

采用宏观微观形貌观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试和有效硬化层深测量等方法对失效的齿轮进行了分析.结果表明:齿轮失效因为在于齿轮齿根部有较深的切削沟槽,导致齿根部应力加大,形成裂纹源,并产生高周疲劳引起齿根部断裂,进而波及其他齿产生断裂和剥落;用户在使用时也存在齿轮润滑油选用不当等问题.     

发动机减速器主动齿轮齿面损伤分析

发动机减速器在试验考核过程中发现主动齿轮的齿面出现倒三角状损伤。通过宏微观观察、金相分析、硬度检测和仿真计算等手段,对轮齿损伤的性质及原因进行分析。结果表明：主动齿轮轮齿的倒三角状损伤性质为接触疲劳剥落,剥落坑从下方的微点蚀区起源;剥落原因是由于从动齿轮廓修形量偏小和从动齿轮齿顶倒角偏小导致该处接触应力过大,超出材料的接触疲劳极限。通过提出增大从动齿轮齿廓修形量和规范齿顶倒角工艺、提高加工质量的改进措施,该减速器顺利通过考核。     

一次减速机齿轮轴断裂失效分析

某钢厂80 t转炉一次减速机输出齿轮轴材质为20CrMnMo,最大直径处达!650mm。齿轮轴加工工艺流程为:下料!锻造!940℃×12 h正火!机加工!925℃×15h渗碳!850℃淬火(油冷)!180℃×20h回火!磨削!装配。在使用过程中发生断裂,为查明断裂原因,对失效齿轮轴进行了分析。1理化检验1.1宏观分析齿轮轴断裂是齿轮表层在负载作用下局部齿开裂掉块,从而引起其它齿失效开裂及整个轴体开裂。在端口处有约6 mm长的断裂源,断面呈结晶状,属脆性断裂。断裂齿轮碎块部分齿顶有约1.1 mm的剥落层,齿面略有不均匀磨损。1.2硬度检测技术要求为齿顶硬度58～64 HRC,…     

曲轴齿轮感应淬火后齿根开裂原因分析

某大型柴油机42CrMoA钢曲轴齿轮在中频感应淬火后数小时内齿根出现裂纹。分析表明,齿根延迟开裂是由于先淬火的主轴颈受到后来轮齿淬火加热时的热影响而使齿根产生过大拉应力所致。采取轴颈淬火和磨削后、轮齿淬火前进行240℃×4 h去应力退火,在轮齿淬火加热时对已经淬火的主轴颈进行补充冷却,以及主轴颈与轮齿侧面连接的圆角处不予淬火等措施后,齿根开裂问题得到了解决。     

随机载荷下风机齿轮动态可靠性评估

以2 MW水平轴变速风力发电机齿轮传动系统为研究对象,对已产生裂纹的风机齿轮进行可靠性评估。以随机风速作为风机齿轮箱外部载荷,通过齿轮的转矩、切向载荷,计算齿轮齿根所受应力,并采用Weibull分布进行拟合;根据断裂概率与齿轮所受最大应力之间的关系和Griffith理论,建立断裂概率与裂纹之间的模型;基于Paris公式建立裂纹与载荷加载次数模型;最后,将上述2种模型结合,利用可靠度与失效率之间的关系,建立考虑随机载荷条件下,风机齿轮的动态可靠性模型。以风机齿轮箱中太阳轮为例,结果表明：相对于初始可靠度大于0.99的太阳轮,所验证的太阳轮初始可靠度在低至0.5的情况下,经过高载荷的作用,其可靠度会急剧下降,直至失效。在确定的材料下,所提模型可以较好地反映不同应力水平下裂纹扩展以及裂纹对可靠度的影响,可较好地应用于工程实践中。     

初始齿面点缺陷斜齿轮磨损模式演变与状态评估

为了探究如大型风电齿轮初始缺陷存在下的摩擦磨损机制与演变历程,避免齿轮发生开放式磨损和重大故障,对初始齿面点缺陷下的斜齿轮磨损特征与演变过程进行研究。实验采用控制变量法,在自制齿轮磨损实验台上分别进行了3组不同工况条件下的磨损实验,分别设置了正常齿轮与缺陷齿轮、低载工况与重载工况条件的对比实验。采用振动监测和油液检测技术,对齿轮箱振动情况以及齿轮产生的磨粒进行统计分析,结合轮齿表面的微观形貌分析,对重载工况下缺陷齿轮磨损衰退过程进行准确评估。结果表明：初始缺陷将导致齿轮表面应力集中且数值高达数倍,而初始圆坑缺陷附近却无异常磨损特征;初始圆坑缺陷会缩短齿轮稳定磨损期,削减齿轮使用寿命,磨损后期导致磨损加剧、振幅增加数倍且伴随较大冲击载荷。     

太阳齿轮轮齿表面损伤分析

某型飞机太阳齿轮在进行超功率试验过程中多次出现金属屑报警,未停止试验,试验完毕后对其进行分解,检查发现轮齿表面存在剥落凹坑。通过宏微观观察、能谱成分分析、金相组织检查、硬度检测等方法对齿轮表面损伤进行分析,以确定该损伤的性质和形成原因。结果表明：轮齿的损伤为表面接触疲劳剥落,偏载导致轮齿表面局部应力过大是剥落产生的主要原因。     

提升机减速齿轮断裂分析

对失效提升机减速齿轮进行了宏观和微观分析以及硬度检测。结果表明，齿轮齿面硬度不足，齿根处未淬上火，硬度和强度也较低，齿轮材料中有较大非金属夹杂物，在接触应力和弯曲应力作用下，齿轮从齿根处疲劳开裂。     

成形法螺旋锥齿轮硬齿面高速铣削的可行性研究

由于成形法螺旋锥齿轮的大轮具有直齿廓且齿数多,磨齿加工的效率低,因此,考虑对其采用高速切削加工的方法.经论证表明,选择合适的夹具、机床与刀具可以实现成形法螺旋锥齿轮硬齿面的高速铣削,实现＂以铣代磨＂,可提高加工效率.     

Fatigue fracture analysis of gear teeth using XFEM

Gear teeth in gear transmission systems suffer seriously from fatigue failure during service. In this work, a 2D double-tooth model was constructed with periodic boundary conditions. The fatigue fracture behavior of gear teeth was analyzed using the extended finite element method (XFEM), with emphases on the impacts of initial crack geometries and cyclic load factors. The results suggested that the shortest fatigue life is expected for 0° orientation cracks initiating at the maximum principal stress. Cracks that initiate closer to the bottom land of gear tooth are relatively safe. Moreover, to evaluate the fatigue load conditions, load ratio, load range, and mean load should be all taken into considerations. Further XFEM simulation for material selection was performed to guide the gear design. Among various material parameters, the material constant C and tensile strength are the most significant ones in determining the fatigue life.