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TECHNOLOGY &MAINTENANCE
推土机用薄片齿轮断裂分析
及热处理工艺优化陈吉祥孙守猛李若国
工程机械工况恶劣，具有负载重、冲击大、持续工作时间长等特点。由于要满足空间结构、传动比等设计要求，在传动箱的某些部位，需要使用薄壁齿轮。本文以某推士机传动箱用的薄片斜齿轮为例，分析其断裂的主要原因，并给出改善方案。
1故障现象
某型推土机在西藏矿山施工，主要用于矿石的铲运、废弃物的填平等作业，每天工作时间约10h。该车在使用800h左右，传动箱部位发出异响，经拆检发现驱动转向泵的齿轮出现断裂，如图1所示。
齿轮的整体出现多处裂纹，裂纹由齿根逐步延伸到基体，其中一处出现包含5个齿的小块撕裂。检查断口发现该齿轮存在疲劳特征，疲劳源位于齿轮根部，斜向下向齿轮的基体扩展，最后造成齿轮的整体撕裂，断口的宏观特征如图2所示，
撕裂处
裂纹延伸
图1齿轮结构特征及断裂状态起裂源
图2齿轮断口宏观特征
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2.齿轮断裂原因分析
（1）齿面接触强度校核
该传动箱额定输入功率120kW，输入转速为1850r/min。根据齿轮的模数m、齿数Z等相关尺寸，校核齿面接触疲劳强度。经计算，接触疲劳强度小于允用应力，：设计满足使用要求，设计环节不存在问题。
（2）材质化验
齿轮的材料为40Cr钢，经过调质后，渗碳率火。对故障件取样，按照GB/T4336-2016（碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法》标准检验。由检测结果可知，齿轮的化学成分C、Si、Mn、Cr、Ti等各元素含量符合要求，材质合格。由此排除了材质不合格造成齿轮早期断裂的可能。
（3）金相组织检测与分析
对故障品上取的样块进行处理后，在盎司显微镜下，按照国家标准GB/T9211-2008（硬化层金相组织》对齿轮的金相组织进行检查。检查结果显示，齿轮的硬化层金相组织状态合格。检查齿轮硬度时发现，其内部隐约可见由浮凸和析出相勾勒出的亚晶条纹，晶内具有较高密度位错，齿轮芯部硬度低，由此造成齿轮的强度和整体使用寿命下降。
由以上对齿轮硬度、金相组织等检查及分析。确定齿轮出现早期断裂失效的主要原因是感应率火工艺不当，造成齿轮的根部没有硬化层：导致齿轮的抗疲劳强度降低。在较大的负荷工作状态下工作一段时间后，齿轮便出现早期断裂故障。
3.改进方案分析与验证
针对齿轮根部没有硬化层造成芯部机械强度低，我们制定了如下改进方案，并进行试验验证。
方案一：降低感应痒火的电流频率，在原电流频率280kHz基础上，每次降低15kHz进行试验。实验结果显示，在电流频率降低到220kHz 时，齿根部硬化层深度为0.61mm，满足技术要