隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)化進程也在國內(nèi)市場中有序的推進。自動化機械設備在工業(yè)化生產(chǎn)中扮演著尤為重要的角色，對于機械裝置來說安裝一定配置的齒輪機是極其有必要的?；诖?，本文主要就某型號的變速箱機械齒輪的軸體發(fā)生斷裂現(xiàn)象進行了系統(tǒng)且全面的分析。根據(jù)實驗得出相關參數(shù)，例如：組成機械齒輪軸的基本結構組織為回火索氏體以及齒輪的結構內(nèi)部含有一定的氣孔和缺陷等等。希望通過本次對于系統(tǒng)的設計、配置以及材料等多方面進行排查，能夠找出產(chǎn)生斷裂的主要原因，為后續(xù)的科學化設計以及檢測、維修奠定好堅實的基礎。

　　在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，大多是借助機械化力量來完成大規(guī)模、精細化的生產(chǎn)任務的。其中，在世界工業(yè)體系中齒輪機的問世為機械裝置注入了現(xiàn)代化的新鮮血液。當傳統(tǒng)的變速齒輪在正常運作時，其變速軸體在旋轉的過程中受到了由于重力而產(chǎn)生的離心力以及周期性變化的氣體慣性、往復慣性的合力作用。本文主要以某臺變速箱機械齒輪在投入生產(chǎn)一段時間周期以后，產(chǎn)生了齒輪軸的斷裂事故。為進一步明確發(fā)生斷裂的具體原因和系統(tǒng)存在的缺陷，優(yōu)化齒輪結構體系并在后續(xù)的生產(chǎn)中加強設計以及檢測、維修的力度，對該變速箱機械齒輪進行了綜合的試驗，希望能夠為產(chǎn)品的失效分析提供科學的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

　　1 變速箱機械齒輪軸斷裂的檢測方法

　　該變速箱機械齒輪的軸體制作的材料是強度等級為 35 的鋼鐵。首先，在進行內(nèi)部結構檢測時，通過對機械齒輪的軸體整體部位從外表上進行觀察，從宏觀的形態(tài)變化上進行斷裂的位置節(jié)點判斷及確立。從微觀的外形樣貌能譜分析、金屬組織觀察、材料化學性質(zhì)的檢測、材料力學性質(zhì)的檢測與產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量保證體系相互比較，進而初步確立變速箱機械齒輪軸體發(fā)生斷裂的原因，判斷是否與生產(chǎn)的質(zhì)量不符合質(zhì)量標準。在完成上述環(huán)節(jié)以后，可采用具有一定精細密度的設備對產(chǎn)生斷裂處進行微型組織的提取和檢測。本文是采用美國生產(chǎn)的 FEI Quanta 200 型號的掃描電鏡。將提取的材料進行一定的處理，過線切割、人工打磨、機械拋光等等以后，利用電鏡以及金屬組織顯微鏡進行材料金相組織的觀察。對于軸體鋼材的力學性質(zhì)，可采用國家關于金屬材料的拉升試驗方法進行檢測，將取樣的樣品在外形上打磨加工成 V 型，其具體尺寸要求為 10mm*10mm*55mm，根據(jù)質(zhì)量規(guī)范要求在試驗的機床上進行室內(nèi)常溫沖擊試驗。

　　2 試驗結果分析

　　宏觀層面的外形：將變速箱機械齒輪的軸體從斷裂的部分進行宏觀層面的觀察，發(fā)現(xiàn)，其具體的齒輪軸體斷裂位置是位于螺桿和螺帽的配合連接處，且斷裂的方式為疲勞性斷裂。觀察斷裂的紋路可得，發(fā)生斷裂的源頭起始于軸體的一側的表面螺紋根部。在強應力的作用下，其延展的方向向橫向斷面開始擴展，并迅速至圓柱的背面，從而產(chǎn)生縱向化的斷裂。在橫向區(qū)域的斷裂處不難發(fā)現(xiàn)，整體的疲勞區(qū)面積約占斷口面積的 1/3，進而表明了齒輪在實際的生產(chǎn)生活中承受著較大強度的應力作用，且具有一定的往復循環(huán)性。在進行斷裂宏觀外形的觀察和檢測時，沒有發(fā)現(xiàn)具有明顯特征的彈性變化或質(zhì)量缺陷。

　　斷裂材料組織的化學成分、力學性質(zhì)：當對變速箱機械齒輪的軸體材料相關屬性進行檢測的時候，對于其化學成分以及性質(zhì)的檢測可采用常見的等離子光譜法。根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)顯示，可以看出變速箱的齒輪軸體材料化學成分滿足國家相關質(zhì)量規(guī)范要求，進而排除了由于齒輪軸體自身材料化學成分不達標所產(chǎn)生的斷裂。同樣的，對軸體進行熱感拉伸試驗得出，軸體的抗拉強度是滿足規(guī)范要求的。

　　斷裂口處的微觀檢測和處理：借助微型顯微鏡觀察軸體的斷口，在其外形外貌上不難看出，機械齒輪軸在斷裂處的組織磨損程度較大。在結構的邊部有一定的臺階，存在明顯的疲勞性拓展弧線。其中，邊部的延展線向中心部進行了拓展約為 2mm。觀察斷口處的樣貌，在橫向斷口處有明顯可見的韌窩狀。此外，不論是從中心源區(qū)還是延展區(qū)、斷裂區(qū)都可以觀察到整個斷口處沒有大面積的雜質(zhì)和其他金屬質(zhì)量缺陷。在進行源區(qū)域周圍的金屬組織觀察，可以看出其根部的螺紋沒有出現(xiàn)明顯的裂痕或缺陷，其結構組織為正常的回火索氏體，邊部也沒有出現(xiàn)相對的碳化現(xiàn)象。在最靠近中心部的基體上，組織結構仍舊保留為原來的體系，也沒有出現(xiàn)一定的氣孔和冶金缺陷。由此可見，經(jīng)過系統(tǒng)的綜合性分析，當軸體在自身力學性能較弱的情況下，由于往復且循環(huán)的外應力，會導致齒輪的軸體出現(xiàn)斷裂。其產(chǎn)生疲勞裂痕的開端是在外力集中在根部螺紋時，經(jīng)過短暫的擴充以后，從橫向以及縱向兩個方位進行最終的組織斷開。

　　3 結束語

　　綜上所述，當變速箱機械齒輪軸體材料的化學成分和力學性質(zhì)在嗎，滿足國家生產(chǎn)質(zhì)量安全等有關規(guī)范時，對其進行宏觀和微觀上測試發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生斷裂的主要原因在于它結構內(nèi)部組織的疲勞。主要疲勞集中點位于應力較為大的螺紋根部上，并經(jīng)過短期的延伸后造成斷裂。因此，在此基礎上要進一步加強對軸體根部組織的抗拉能力，以改善出現(xiàn)的問題。