Eine umfassende Überprüfung der Ausfallmodi der Getriebe (28 Typen in 6 Kategorien)
Die Zahnräder sind zentrale Übertragungsbestandteile in mechanischen Systemen, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie, in der Automobilindustrie, in der Windenergie und in der Maschinenindustrie weit verbreitet sind.Verringerung der EffizienzIn diesem Papier werden systematisch 28 Ausfallmodi zusammengefaßt, die in sechs Hauptkategorien unterteilt sind, einschließlich ihrer Entstehungsmechanismen, typischer Eigenschaften,und präventive Maßnahmen, die für die mechanische Konstruktion, die Fehleranalyse und das Wartungspersonal eine wesentliche Branchenkenntnis ist.
I. Beugenmüdigkeit
Beugenmüdigkeit tritt auf, wenn die wiederholte Beugenbelastung der Zahnradzähne die Ermüdungsfestigkeit des Materials übersteigt, wobei die maximale Belastung am Zahnwurzelfilet konzentriert ist,Risse auslösen und verbreitenDie wichtigsten Einflussfaktoren sind die Anzahl der Zyklen und der Belastungsgrad.und eine angemessene Belastungskontrolle und eine strukturelle Optimierung sind der Kern der Prävention.
1.1 Niedrigzyklus-Biegenmüdigkeit
Dabei tritt sie auf, wenn die zyklische Belastung weniger als 10.000 Zyklen beträgt.während harte und spröde Materialien glatte und schlanke Bruchmerkmale aufweisen.
1.2 Hochzyklusbeugmüdigkeit
Dies geschieht, wenn die zyklische Belastung 10.000 Zyklen überschreitet, wobei das Material in einem niedrigen Dehnungszustand und im Allgemeinen innerhalb des elastischen Verformungsbereichs ist.
Präventive Maßnahmen
Auswahl von Materialien mit höherer Ermüdungsfestigkeit und Optimierung des Getriebebaus, um Last und Ermüdungsgrenze zu erreichen.
Es ist zu beachten, dass die Zahnwurzeln in der Zelle nicht mehr als ein paar Sekunden lang geschnitten werden müssen.
Rationale Wärmebehandlung umzusetzen, um die Restbelastung der Zahnräder zu minimieren.
II. Hertzian-Ermüdung
Hertzian-Ermüdungsversagen werden durch Risse verursacht, die durch wiederholte Hertzian-Kräfte an der Oberfläche oder unter der Oberfläche ausgelöst werden, was zu Materialverlusten bei der Rissverbreitung führt.Eine vernünftige Materialwahl und Schmierung sind die wichtigsten Mittel, um solche Ausfälle zu verringern, die eine häufige Form der Oberflächenmüdigkeit von Zahnrädern unter Berührungslast darstellt.
2.1 Makropoting
Risse bilden sich an der Oberfläche oder in einer gewissen Untergrundtiefe und verbreiten sich in kurzer Entfernung fast parallel zur Oberfläche und bilden Grubenkrater mit scharfen und winkligen Merkmalen.Es wird in nicht fortschreitende (Durchmesser < 1 mm) eingestuft., progressive (Durchmesser > 1 mm) und schuppige Arten.und Müdigkeit Risse erweitern sich von der Ventilator-förmigen Einstiegsbereich der Zahnoberfläche zu dreieckigen Gruben zu bilden.
2.2 Mikropitting
Es tritt in Bereichen mit stumpfen, grauen Flecken und Verschleißspuren auf der Oberfläche auf, was bei oberflächenhärten Zahnrädern üblich ist und auch bei vollständig gehärteten Zahnrädern mit unsachgemäßem Design auftreten kann.
2.3 Unterflächenmüdigkeit
Risse entstehen in der Übergangszone zwischen dem Zahnkern und der gehärteten Schicht unter der Zahnoberfläche, hauptsächlich durch Oberflächenhärtungsprozesse (Vergasung, Nitrierung, Induktionshärtung) verursacht.,Flammgehärtung).
2.4 Ausbreitungen
Eine schwere Form der Oberflächenmüdigkeit, die durch große flache Gruben auf der Zahnoberfläche gekennzeichnet ist, die durch die Ausdehnung und Verschmelzung mehrerer kleiner Gruben entstehen.Es erhöht deutlich Getriebe Lärm und Vibrationen, verursacht durch hohe Kontaktbelastungen und Materialfehler.
Präventive Maßnahmen
Reduzieren Sie die Kontaktbelastung, verwenden Sie sauberes Stahl und fügen Sie bei der Herstellung der Zahnoberfläche Schleif- oder Schärfverfahren hinzu.
Verwenden Sie schmiermittel mit hoher Viskosität; vermeiden Sie, auf den Zahnflanken zu schieben, um Mikropitting zu verhindern.
Wählen Sie hartwertigen Stahl aus, vermeiden Sie Überhitzung und kontrollieren Sie die Belastung unterhalb der Oberflächenfestigkeit für Unterflächenmüdigkeit.
Sicherstellen, dass die Getriebe richtig ausgerichtet sind und hochwertige Materialien verwenden, um Spaltungen zu vermeiden.
III. Verschleiß
Verschleiß bezieht sich auf die Oberflächenzerstörung der Zahnräder, die durch Materialentfernung oder Verschiebung durch elektrische, mechanische und chemische Belastungen im Laufe der Zeit verursacht wird, was zu ungewöhnlichem Lärm führt,schlechte NVH-Leistung und sogar möglicher AusfallEs wird in leichte, mittelschwere und schwere Grade unterteilt, unter denen bei vielen Anwendungen ein leichter Verschleiß normal ist.
3.1 Klebstoffverschleiß
Materialübertragungen von einer Zahnoberfläche zur anderen durch Mikroschweißen und Reißen, beschränkt auf die Oxidschicht und die Oberflächenfolie der Zahnoberfläche.Eine leichte Haftung kann sich selbst verschwinden, wenn die Oberfläche glättet., während eine moderate Haftung die ursprünglichen Bearbeitungsspuren teilweise oder vollständig löscht.
3.2 Abrasiver Verschleiß
Verursacht durch harte Partikel (externe Verunreinigungen wie Staub in Schmiermitteln oder selbst entstehende harte Metallreste aus anderen Ausfällen),häufig an der Zahnspitze oder an der Zahnwurzel aufgrund hoher lokaler GleitgeschwindigkeitSchwere Abnutzung führt zum vollständigen Verschwinden der Bearbeitungsspuren und zu einer starken Verringerung der Zahndicke.
3.3 Polierverschleiß
Ein leichter abrasiver Verschleiß, der die Zahnoberfläche aufgrund der Kontamination durch chemisch aktive Schmierstoffe mit hocheffizienten Anti-Schrubben-Zusatzstoffen allmählich glatter macht,häufiger auftreten, wenn harte und weiche Oberflächen aufeinander treffen.
3.4 Korrosiver Verschleiß
Eine schwere Oberflächenzerstörung durch mechanische Verschleiß und chemische Erosion, wobei die Zahnoberfläche mit Flecken, Rost und rötlich-braunem Aussehen versehen ist,und die gesamte Zahnoberfläche kann betroffen sein.
3.5 Korrosion durch Spannungen
Entsteht, wenn Kontaktflächen unter Druck eine relativ wechselnde Bewegung mit geringer Amplitude aufweisen, wobei das Schmiermittel ausgedrückt wird, was zu Kontakt und Haftung von Metall zu Metall führt.Die zerbrochenen, rauen Gipfel erzeugen Kakaopulverähnliches EisenoxidpulverDies behindert den Schmierstoffzufuhr und verschlimmert den Verschleiß.
3.6 Schrubben
Ein starker Klebstoffverschleiß, bei dem sich Metallreste von einer Zahnoberfläche auf eine andere übertragen und die Oberfläche geschweißt/gerissen wird.als dünne/breite Bänder entlang der Gleitrichtung verteiltEine starke Schröpfung führt zu einer plastischen Verzerrung des Oberflächenmaterials.
3.7 Elektroentladungsbearbeitung (EDM) Verschleiß
Hohe Temperatur durch elektrische Funken, die den Ölfilm zwischen den Zahnrädern zerbrechen, führt zu lokaler Schmelze der Zahnoberfläche.mit einer Breite von mehr als 20 mm,, die durch statische Elektrizität, Wellenstrom oder schlechte Erdung induziert werden.
Präventive Maßnahmen
Vergrößerung der Schmierstofffolie (glatte Oberfläche, hohe Geschwindigkeit, niedrigem Temperaturschmierstoff) für den Verschleiß von Klebstoffen; Einrichtung von hocheffizienten Ölfiltern zur Entfernung von harten Partikeln für den abrasiven Verschleiß.
Verwenden Sie Borat-basierte Schleifmittel und entfernen Sie schleifende Partikel aus dem Schmiermittel zum Polieren.
Korrosionsbeständige Materialien (z. B. Edelstahl) auswählen, die Luftfeuchtigkeit reduzieren und hochwertige Schmierstoffe für korrosive Abnutzungen verwenden.
Es werden Materialien mit ähnlichen elektrochemischen Eigenschaften verwendet, Beschichtungen aufgetragen und Korrosionshemmer zur Korrosionsbekämpfung zugesetzt.
Optimieren Sie die geometrischen Parameter des Getriebes, verwenden Sie nitriertes Stahl und hochviskose Schmierstoffe gegen Schürfen.
Entwerfen Sie vernünftige Erdungssysteme, verwenden Sie isolierte Lager und führen Sie regelmäßige Wartungen für EDM-Ausnutzung durch.
IV. Knacken
Bei Rissbildung handelt es sich um die Bildung verschiedener Risse in Zahnrädern während der Herstellung, der Wärmebehandlung oder des Betriebs, was eine gefährliche Ausfallform darstellt, die zu plötzlichen Zahnräderbruch führen kann.hauptsächlich auf Prozessfehler zurückzuführen, Spannungskonzentration und Materialfehler.
4.1 Auslöschung von Rissen
Verursacht durch Wärmebehandlungsprozesse (Vergasung, Nitrierung, Induktionshärtung) aufgrund von thermischen Belastungen, Materialfehlern oder unsachgemäßer Kühlung,durch intergranulare lineare Risse gekennzeichnet, die sich von der Oberfläche bis zur Zahnmitte ausdehnen.
4.2 Schleifspalten
Oberflächen- oder Unterflächenspalten, die bei Zahnschleifen entstehen und durch übermäßige Wärmeerzeugung und unzureichende Kühlung verursacht werden,Dies führt zu Restzugsbelastungen und sogar zu Schleifbrennen (Weichmachung oder Verhärtung lokaler Bereiche)Überhitzte Bereiche lassen sich durch Säureätschen mit braunen/schwarzen Temperungszonen und weißen untemperten Martensitflecken erkennen.
4.3 Felgen- und Spaltungen
Randspalten sind in der Regel Frakturen zwischen benachbarten Zähnen, die sich durch den Rand und das Netz radial ausdehnen; Webspalten werden durch hohe zyklische Belastung oder Belastungskonzentration (z. B. Löcher) verursacht.und die Resonanz der Zahnräder wird solche Risse verschlimmernEine hohe Zentrifugalkraft kann zu einem katastrophalen Ausfall bei hoher Geschwindigkeit führen.
4.4 Abtrennung der Zahnoberfläche/Kern
Die gehärteten Zahnoberflächen trennen sich aufgrund von inneren Rissen an der Schnittstelle vom weichen Zahnkern und führen zu Frakturen von Zahnwinkeln, Kanten oder der gesamten Zahnspitze.Risse können unmittelbar nach der Wärmebehandlung auftreten, während des Transports/der Lagerung oder im Betrieb.
Präventive Maßnahmen
Sicherstellung einer symmetrischen Zahnräumengestaltung, gleichmäßiger Wanddicke, Optimierung des Wärmebehandlungsprozesses und Temperung unmittelbar nach dem Löschen für das Löschen von Rissen.
Auswahl geeigneter Schleifräder, Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeit und Kühlmittelzufuhr, Begrenzung der Oberflächenhärte unter 60 HRC und des anhaltenden Austenitgehalts unter 20% bei Schleifspalten;Magnetpartikelprüfung zur Risserkennung verwenden.
Entwerfen Sie eine Randdicke, die doppelt so groß ist wie die Zahntiefe, reduzieren Sie die Spannungskonzentration und vermeiden Sie die Resonanz von Rand- und Spaltungen; führen Sie regelmäßig eine magnetische Partikelinspektion durch.
Steuern Sie die Vergasung an der Zahnspitze, wählen Sie sauberen Stahl mit hoher Bruchfestigkeit,Vermeiden Sie das Schieben auf der Zahnoberfläche und die Temperung unmittelbar nach dem Löschen zur Trennung von Zahnoberfläche und Kern■ Ultraschalluntersuchungen zur Fehlererkennung.
V. Kunststoffverformung
Kunststoffverformung bezeichnet die dauerhafte Änderung des Zahnprofils des Zahnrads, die zu hohen Vibrationen, ungewöhnlichem Lärm und schlechter Maschenleistung führt, was hauptsächlich durch übermäßige Kontaktbelastung verursacht wird,hohe Temperatur und schlechte Schmierung, wobei das Material einer irreversiblen Formveränderung unterliegt.
5.1 Kaltstrom
Erfolgt unterhalb der Rekrystallisierungstemperatur, wobei Material unter hohem Kontaktdruck in die Gleitrichtung gedrückt/gezogen wird, was zu Oberflächenverdrängungen und starker Abrundung der Zahnspitzen führt;Kaltarbeit: Verhärtung von Oberflächen- und Untergrundmaterialien unter hoher Belastung.
5.2 Heißstrom
Erfolgt über der Rekrystallisierungstemperatur, wobei der plastische Fluss des Getriebematerials unter der kombinierten Wirkung von hoher Temperatur und Spannung entsteht, was zu einer Verzerrung der Getriebegröße und -form führt,hauptsächlich durch Überlastung oder unzureichende Schmierung verursacht (Reibungswärmeakkumulation).
5.3 Einschnitte
Hartes Fremdkörpern (Metall oder Trümmer) auf der Maschenoberfläche bilden Vertiefungen oder Gruben auf der Fahrzähneoberfläche, was zu erhöhter Belastung, reduzierter Effizienz und abnormaler Vibration führt.
5.4 Rolldeformation
Eine hohe Kontaktbelastung, die durch die kombinierte Walz- und Schiebebebewegung während des Zahnradmaschinenschließens verursacht wird, führt zu plastischen Verformungen.die durch die Ausbreitung von Rissen Oberflächenrisse und Materialverschiebungen verursachen können.
5.5 Wellenform
Periodische wellenförmige Verformung der Fahrzahnoberfläche mit Wellenkanten senkrecht zur Gleitrichtung und Fischschuppenbild entlang der Zahnlänge,vor allem bei geringen Drehzahlen aufgrund unzureichender elastohydrodynamischer Ölfolie, bezogen auf den Kunststoffdurchfluss unter hoher Berührungsspannung und Grenzschmierung.
5.6 Ringen
durch Oberflächen-/Unterflächenverschleiß und Kunststofffluss entsteht, verursacht durch schlechte Schmierung, Schmiermittelkontamination, Fehlausrichtung und Überlastung, was zu erhöhten Geräuschen führt,Verringerte Effizienz und sogar schwere Schäden.
5.7 Zähnewurzelfillet
Dauerhafte Biegung der Zahnräder, wenn die Biegungsanstrengung am Zahnwurzelfilet die Ausfallfestigkeit des Materials übersteigt,die zu einem erheblichen Tonhöhenfehler und zu zerstörerischen Störungen zwischen den Maschenzähnen führen, und erhöhte Geräusche und Vibrationen.
5.8 Spitzenwurzelstörungen
Plastikdeformation, Haftung und Abrieb treten an der Zahnspitze eines Zahnrads und an der Zahnwurzel des Paarungsrads auf, was durch unzureichende Modifikation der Spitze/Wurzel verursacht wird.Geometrischer/Spitzfehler oder falscher MittelwegEine Überlastung verschlimmert den Defekt durch eine Verringerung der Maschenfreiheit, und die beschädigte Fläche kann zu Hertzian-Ermüdung führen.
Präventive Maßnahmen
Reduzieren Sie die Kontaktbelastung, verbessern Sie die Oberflächen-/Unterflächenhärte und erhöhen Sie die Schallgenauigkeit für den kalten Fluss; wählen Sie hochtemperaturbeständige Materialien aus und sorgen Sie für ausreichende Schmierung für den heißen Fluss.
Verwenden Sie sauberes, hochwertiges Schmiermittel, installieren Sie effiziente Filter und Versiegelungsgetriebe, die angemessen für die Vertiefung sind; verwenden Sie eine vernünftige Schmierung,Materialwahl und Oberflächenbehandlung bei Walzdeformation.
Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Schmierung, richtiger Ausrichtung und Oberflächenhärtung von weichen Materialien für die Wellenform; Gewährleistung einer ausreichenden Schmierung, Optimierung der Getriebeanordnung und regelmäßige richtige Ausrichtung für die Ringen.
Auswahl von Materialien mit höherer Ausbeutefestigkeit, Erhöhung des Radius des Zahnwurzelfilets und Oberflächenhärtung (Vergasung/Nitridation) für die Ausbeute des Zahnwurzelfilets; Vermeidung von Überlastungen.
Vergrößern Sie den Druckwinkel, führen Sie den Wurzelschnitt durch, erhöhen Sie die Zahnzahl oder vergrößern Sie die Mittelentfernung für Spitze-Wurzel-Interferenz; optimieren Sie die geometrischen Parameter des Zahnrads und steuern Sie die Bearbeitungsgenauigkeit.
VI. Fraktur
Fraktur ist die ultimative Form des Versagens von Zahnrädern, bei der die Zahnstruktur vollständig beschädigt ist und die Übertragungsfunktion verloren geht, hauptsächlich in spröde Frakturen unterteilt,Duktylfraktur und Aufprallfraktur, unterschiedlich in Bezug auf Frakturmerkmale und induzierende Faktoren.
6.1 Brüchige Fraktur
Charakterisiert durch schnelle Rissverbreitung ohne offensichtliche plastische Verformung, mit hellen und granularen makroskopischen Bruchflächen, flach und senkrecht zur Belastungsachse.Es wird in der Regel durch hohe Einschlaglast oder Spannungskonzentration verursacht, und tritt bei einer geringeren Belastung als eine duktile Fraktur auf.
6.2 Duktiler Bruch
Vor dem Materialbruch tritt eine signifikante plastische Verformung mit offensichtlicher Verhüllung oder Verlängerung auf, wobei die Bruchfläche kopfförmig, faserig und grau aussieht.Auf der nicht funktionierenden Seite der Zahnräder kann sich eine Schere bilden, und das Material absorbiert eine große Menge an Energie während des Bruchs.
6.3 Aufprallfraktur
Verursacht durch plötzliche Belastung oder Aufprall mit hoher Belastung (Überlastung oder Unfälle), was zu plötzlichen Frakturen der Zahnräder ohne offensichtlichen Vorläufer führt.Die Bruchfläche ist flach und senkrecht zur Hauptrichtung der Zugspannung, ähnlich einem zerbrechlichen Bruch, verursacht durch übermäßige Belastung, Unfallschlag und interne Materialfehler.
Präventive Maßnahmen
Eine angemessene Wärmebehandlung zur Verbesserung der Stoffzähne und Auswahl von Materialien mit hoher Bruchzähne und Zähigkeit für spröde Bruch.
Verwenden Sie hochfeste Materialien mit minimalen Defekten für duktile Frakturen.
Auswahl hochwertiger Materialien, regelmäßige zerstörungsfreie Prüfungen und Vermeidung von Überlastung/Unfallschlag für Aufprallbruch.
Schlüsselsatz
Ein Ausfall des Getriebes ist ein umfassendes Ergebnis von Material-, Konstruktions-, Prozess- und Betriebsbedingungen..Zu den grundlegenden präventiven Grundsätzen gehören: rationale Materialwahl und Oberflächenbehandlung, optimierte Strukturgestaltung zur Verringerung der Belastungskonzentration,strenge Kontrolle der Herstellungs- und Wärmebehandlungsprozesse, ordnungsgemäße Schmierung und Wartung sowie Einhaltung der Nennbetriebsbedingungen.Zielgerichtete Erkennungs- und Präventionsmaßnahmen sollten zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Getriebesystemen ergriffen werden.