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齿轮齿面电蚀失效分析

更新日期:2007-07-11  作者:  来源:光学精密机械网(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

摘 要:本文论述了齿轮齿面电蚀失效的宏观和基于电子显微镜的微观形貌特征、条纹花样、云形花样、河滩形花样。
关键词:齿轮;电蚀;形貌

0概述

某发电厂FK5D32电动给水泵组的R16K550液力耦合器是奥地利V01TH公司的产品。1995年11月13日机组投入运行648h后,耦合器油泵传动齿轮完全失效;齿轮更换后运行624h后也完全失效;这不但严重影响生产,而且造成很大的经济损失。

1现场调研

1.1设备供应商提供的资料

齿轮传递功率017kW,大齿轮转速na=1490r/min,小齿轮转速nb=2947r/min,渐开线斜齿轮,大齿轮材料为17CrNiMo6,化学成分为0.2%C,0.30%Si,0.53%Mn,1.5%Ni,1.6%Cr,0.30%Mo;小齿轮材料为20MnCr5,其化学成分为0.2%C,0.28%Si,1.0%Mn,1.0%Cr;大小齿轮均经渗碳淬火热处理,设计要求齿面硬度为60HRC,20号透平油喷油润滑。

1.2现场实测数据

图1是大齿轮(主动)失效(齿廓呈锯齿形)的宏观形貌。图2是小齿轮(从动)失效(轮齿已磨平)的宏观形貌。


图1


图2 字串4

齿轮主要的实测几何参数:mn=215mm,za=91,zb=46,B=11°18’,b=20mm。

经现场实测,齿轮平均硬度为58HRC;齿轮材料的化学成分基本与提供的数据相同。

电动给水泵的电机轴的轴电压和轴电流的测试数据为:U1=0147V,U2=0141V,I=0.88A。其测试原理示意图见图3。


图3

2失效分析

经齿面接触强度和齿轮齿根弯曲强度计算[1],齿轮承载能力足够。用D.Dowsn公式计算油膜比厚K=5.35>4,齿面不可能产生胶合和粘着磨损[2]。

从图3可见,电机轴的两轴承座均与底座绝缘,且电机轴与液力耦合器的输入轴采用的是无绝缘的弹性联轴器,由于电机轴上存在着轴电压和轴电流,这样势必将轴电流引入液力耦合器的传动系统中。因此为齿轮电蚀提供了必要条件。经仔细观察齿面形貌,发现大小齿轮失效表面均有高低不平呈点状条形形貌(图4)。此形貌与ISO10825齿轮损伤术语标准[3]中关于电蚀(electricerosion)词条的描述相同;也与GB3481-83标准有关电蚀(electriccurrent Damage)术语中所描述的特征原因和机电设备失效预防手册[4]中关于齿面损伤的电流损伤所描述的形貌和原因基本相同,所以可以初步判定齿轮是电蚀失效。
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