การวิเคราะห์ความเสียหายของเฟือง: การเกิดหลุม การสึกหรอแบบขูดขีด การสึกหรอ และการแตกหักของฟันเฟือง — ข้อมูลความเค้นและมาตรการแก้ไข

สารบัญ

กลไกความเสียหายสี่ประการเป็นสาเหตุของความล้มเหลวของชุดเกียร์ส่วนใหญ่: การเกิดหลุม การสึกหรอแบบขูดขีด การสึกหรอแบบขัดถู และการแตกหักของฟันเฟือง แต่ละอย่างทิ้งร่องรอยไว้ที่ตำแหน่งเฉพาะบนฟันเฟือง และแต่ละอย่างตอบสนองต่อมาตรการแก้ไขที่แตกต่างกัน ดังนั้นการวินิจฉัยจึงต้องมาก่อนการออกแบบใหม่ เมื่อยืนยันรูปแบบได้แล้ว แนวทางแก้ไขมักเป็นหนึ่งในสาม: ตรวจสอบความสามารถในการรับโหลดตาม GB/T 3480 อีกครั้ง เข้มงวดการควบคุมการอบชุบด้วยความร้อนและการเจียร หรือยกระดับการหล่อลื่นและการกรอง ความล้มเหลวส่วนใหญ่ที่ปรากฏในช่วงต้นของการใช้งานมักย้อนกลับไปที่หนึ่งในสามด้านนี้ มากกว่าจะเป็นขีดจำกัดของวัสดุที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

1. แผนที่ตำแหน่งความเสียหาย: สี่รูปแบบเคียงข้างกัน

ก่อนการวัดใดๆ ตำแหน่งของความเสียหายบนฟันเฟืองช่วยจำกัดสาเหตุได้อย่างมาก

การเกิดหลุมปรากฏเป็นหลุมลอกเป็นกลุ่มบนผิวฟันที่ทำงาน การสึกหรอแบบขูดขีดแสดงเป็นร่องที่เชื่อมติดและฉีกขาดตามทิศทางการเลื่อนไถล การสึกหรอแบบขัดถูขจัดเนื้อวัสดุอย่างสม่ำเสมอทั่วผิวฟัน การแตกหักคือการแตกหักทั้งหมดหรือบางส่วนที่เริ่มจากโคนฟัน

2. ความเสียหายของผิวฟัน: การเกิดหลุมและการสึกหรอแบบขูดขีด

2.1 การเกิดหลุม: ความเค้นสัมผัสเกินขีดจำกัด

ความดันอัดขณะหนึ่ง ณ จุดที่ฟันสองซี่สัมผัสกันคือความเค้นสัมผัส ประเมินได้ด้วยสูตรเฮิร์ตซ์ตามที่ระบุใน GB/T 3480 ซึ่งเทียบเท่าทางเทคนิคกับ ISO 6336 การเกิดหลุมมักเริ่มใกล้แนวพิทช์เพราะความเร็วเลื่อนไถลต่ำสุดและสร้างฟิล์มน้ำมันแยกได้ยากที่สุด

สำหรับเฟืองเหล็ก ความเค้นสัมผัสที่อนุญาตขึ้นอยู่กับวัสดุและการอบชุบด้วยความร้อน ภายใต้โหลดแบบพัลส์ ค่าตารางที่เผยแพร่โดยประมาณคือ:

ยกตัวอย่างคู่ที่ทำงานที่ 750 MPa กับ 20CrMnTi ระยะเผื่อที่เหลืออยู่ใกล้เคียงสองเท่า กับ 40Cr ความเค้นอยู่ใกล้เพดาน แรงบิดส่งผ่านเท่ากัน แต่อายุการใช้งานต่างกันมาก

งานแก้ไขดำเนินการสามแนวทาง:

• ปรับขนาดหรือเลือกวัสดุใหม่เพื่อให้ความเค้นที่คำนวณได้ลดลงต่ำกว่าค่าที่อนุญาต
• รักษาระบบหล่อลื่นให้สมบูรณ์ เพราะเมื่อความเค้นเข้าใกล้ขีดจำกัด สภาพฟิล์มเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งาน
• เพิ่มความแข็งผิว ซึ่งเพิ่มความเค้นที่อนุญาตโดยตรง

ค่าความปลอดภัยที่ควรตั้งเป้าสำหรับความเค้นสัมผัส SH: 1.0–1.3 สำหรับเครื่องจักรทั่วไป, 1.3–1.6 สำหรับระบบขับเคลื่อนที่การหยุดทำงานมีค่าใช้จ่ายสูง

2.2 การสึกหรอแบบขูดขีด: การเชื่อมติดตามด้วยการฉีกขาด

เมื่อความดันและความเร็วเอาชนะฟิล์มได้ จุดยอดผิวสัมผัสกัน เชื่อมติดกันแล้วถูกฉีกออกจากกัน ทิ้งร่องรอยขีดข่วน นี่คือการสึกหรอแบบขูดขีด มันคุกคามทั้งหน่วยความเร็วต่ำที่รับโหลดหนักและหน่วยความเร็วสูง อุณหภูมิแฟลชเป็นตัวแปรควบคุม น้ำมันแร่สูญเสียประสิทธิภาพเมื่ออุณหภูมิแฟลชเกินประมาณ 120–180°C ของเหลวสังเคราะห์ทนค่าที่สูงกว่าได้

มาตรการแก้ไขในทางปฏิบัติครอบคลุมการเลือกน้ำมันและรูปทรงเรขาคณิต: เลือกสารหล่อลื่นที่ผสมสารเติมแต่ง EP ที่มีกำมะถันและฟอสฟอรัส รักษาความหยาบผิวฟันให้ต่ำกว่า Ra 0.4 เพื่อให้จุดยอดผิวสัมผัสน้อยลง เพิ่มความแข็งผิว เฟืองไนไตรด์ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำที่ผิวก็ใช้ในงานเหล่านี้เช่นกัน

3. การแตกหักที่โคนฟัน: ความเค้นดัด แรงกระแทก และผิวไหม้จากการเจียร

ความเค้นดัดที่โคนฟันคือความเค้นดึงที่ฟันรับภายใต้โหลด หากเกินขีดจำกัดของวัสดุ ฟันจะหักที่โคน มีสองรูปแบบที่แตกต่างกัน: การแตกหักแบบล้า ซึ่งสะสมหลายรอบ และการแตกหักแบบเกินพิกัด ซึ่งเกิดจากเหตุการณ์รุนแรงครั้งเดียว เมื่อมีแรงกระแทก ตัวคูณการใช้งาน KA จะสูงถึง 1.5–2.0 และภาระงานดังกล่าวต้องไม่ถือว่าเป็นการทำงานราบรื่น

มีสองปัจจัยที่ซ่อนอยู่ในกระบวนการตัดเฉือน ปัจจัยแรกคือรัศมีโค้งที่โคนฟัน ดอกกัดแบบแร็คมาตรฐานให้รัศมีประมาณ 0.38m รัศมีที่แคบกว่าจะรวมความเค้น การเปลี่ยนไปใช้ดอกกัดแบบรัศมีเต็มจะลดตัวคูณรูปแบบ YF ลงประมาณ 5% และความเค้นดัดก็ลดลงตาม ปัจจัยที่สองคือผิวไหม้จากการเจียร การป้อนมากเกินไปหรือการระบายความร้อนไม่เพียงพอระหว่างการเจียรเฟืองอาจทำให้ชั้นผิวอ่อนตัวลง หรือในกรณีรุนแรงอาจแข็งตัวใหม่ ทิ้งความเค้นดึงตกค้างวัดได้หลายร้อย MPa อายุความล้าต่อการดัดจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด การทดสอบสัญญาณรบกวนบาร์คเฮาเซน (วิธีแมกนีโตอีลาสติก) และการกัดด้วยน้ำยานิตัลเป็นวิธีตรวจสอบที่ยอมรับได้ สำหรับการเจียรละเอียด โดยปกติจำกัดการป้อนที่ 0.005–0.01 mm ต่อรอบ

การทาช็อตพีนนิ่งเป็นวิธีการแก้ไขมาตรฐาน มันสร้างความเค้นตกค้างแบบอัดประมาณ 300–600 MPa ในชั้นผิวที่โคนฟัน ซึ่งชดเชยความเค้นดึงส่วนหนึ่งที่ฟันได้รับในระหว่างใช้งาน เฟืองคาร์บูไรซ์ได้ประโยชน์มากที่สุด เนื่องจากโคนฟันแข็งอยู่แล้ว

4. การสึกหรอแบบขัดถู: ส่วนใหญ่เป็นปัญหาความสะอาดของน้ำมัน

อนุภาคแข็งเช่นฝุ่นหรือเศษโลหะจากการตัดเฉือนเข้าสู่จุดประกบโดยมีสารหล่อลื่นพาไปและตัดเข้าไปในผิวฟัน เฟืองใหม่ผ่านขั้นตอนการรันอินซึ่งวัสดุสึกหรอไปประมาณ 0.005–0.02 mm ก่อนถึงสภาวะคงตัว หากความสะอาดของน้ำมันต่ำ อัตราการสึกหรอจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โปรไฟล์ฟันเปลี่ยนไป และทั้งเสียงรบกวนและระยะคลอนก็เสื่อมลง

ความสะอาดจำแนกตาม ISO 4406 ตัวอย่างเช่น รหัส 17/15/12 สอดคล้องกับอนุภาคขนาดใหญ่กว่า 4 µm จำนวน 1300–2500 อนุภาคต่อมิลลิลิตร มาตรการแก้ไขไม่ซับซ้อน: จับคู่อัตราการกรองกับความต้องการ ปิดผนึกเฟือง และเปลี่ยนน้ำมันตามกำหนด วิธีการหล่อลื่นก็สำคัญเช่นกัน — การหล่อลื่นแบบจุ่มเหมาะกับความเร็วปานกลางและต่ำ ขณะที่ความเร็วสูงและโหลดหนักต้องใช้การจ่ายแบบฉีดบังคับ

5. ขั้นตอนการคัดเลือกในหกขั้นตอน

1. ตรวจสอบความแข็งแรง คำนวณค่าความปลอดภัยต่อการสัมผัสและการดัดตาม GB/T 3480 โดยตั้งเป้า SH/SF ที่ 1.0–1.3 สำหรับเครื่องจักรทั่วไป หรือ 1.3–1.6 สำหรับระบบขับเคลื่อนที่สำคัญ
2. กำหนดตัวคูณการใช้งาน KA 1.0–1.25 สำหรับโหลดสม่ำเสมอ, 1.25–1.5 สำหรับแรงกระแทกปานกลาง, 1.5–2.0 สำหรับแรงกระแทกหนัก
3. เลือกวัสดุตามความเสี่ยงความล้มเหลวหลัก สำหรับการเกิดหลุม ใช้ผิวแข็งขึ้นด้วยการคาร์บูไรซ์หรือไนไตรด์ สำหรับการแตกหัก ตรวจสอบความแข็งแรงโคนฟันและพิจารณาการทาช็อตพีนนิ่ง สำหรับการสึกหรอแบบขูดขีด ระบุน้ำมัน EP
4. เลือกวิธีการหล่อลื่น แบบจุ่มสำหรับความเร็วปานกลางและต่ำ แบบฉีดบังคับสำหรับความเร็วสูงและโหลดหนัก โดยเกรดน้ำมันกำหนดตามความหนืด ISO VG
5. ตั้งเป้าหมายความสะอาดตาม ISO 4406 และทดสอบน้ำมันตามช่วงเวลาที่กำหนด
6. กำหนดเกรดความแม่นยำ ฟันเจียรได้ถึง DIN 5–6 การกัดและการไสได้ถึง DIN 7–8 ความแม่นยำควบคุมการกระจายโหลดและส่งผลต่ออายุการใช้งาน

ทำการตรวจสอบความแข็งแรงให้เสร็จก่อนถกเถียงรายละเอียดกระบวนการ และมุ่งงบประมาณไปที่ปัจจัยจำกัด เมื่อระยะเผื่อตึงตัว ให้ขยายโมดูลหรือความกว้างผิวฟันก่อน เปลี่ยนวัสดุเป็นอันดับสอง

6. PinyiGear ผลิตอะไร

PinyiGear ผลิตเฟืองตรงและเฟือง helical ตามแบบ โดยมีโมดูล ขนาด และเกรดความแม่นยำเป็นไปตามที่ระบุในแบบวิศวกรรม เกรดวัสดุที่ระบุบ่อย — 20CrMnTi, 40Cr, 42CrMo และ 38CrMoAl — ล้วนดำเนินการภายในโรงงาน รองรับด้วยการคาร์บูไรซ์ การไนไตรด์ด้วยแก๊ส และการตรวจสอบตามรายการตรวจสอบที่ตกลงไว้ (โปรไฟล์ เส้น helical และพิทช์ ความแข็ง และโลหะวิทยา) โดยควบคุมผิวไหม้จากการเจียรภายใต้การควบคุมกระบวนการ

• ผลิตภัณฑ์เฟืองตรง
• ผลิตภัณฑ์เฟือง helical
• ความสามารถในการผลิต

ส่งข้อมูลภาระงานของคุณ — กำลัง ความเร็ว ระดับแรงกระแทก และสภาวะการหล่อลื่น — และทีมวิศวกรรมจะส่งผลการตรวจสอบความแข็งแรงและใบเสนอราคาเมื่อข้อมูลนั้นได้รับการตรวจสอบแล้ว ระบุรูปแบบความล้มเหลวที่เกิดขึ้นก่อน แนวทางแก้ไขจะตามมา

ส่งข้อมูลภาระงานของคุณผ่านเว็บไซต์ PinyiGear หรือใช้ หน้าตรวจสอบทางวิศวกรรม เพื่อขอการคำนวณความแข็งแรงและข้อเสนอกระบวนการฟรี