摩托车齿轮损伤的故障分析

  摩托车的齿轮有很多，如初级主、从动齿轮，主副轴变速齿轮，脚、电启动齿轮，后传动齿轮（踏板车），平衡齿轮，正时齿轮（OHV顶杆式发动机），转速表（速度计）齿轮，机油泵齿轮等。其作用都是为了传递动力或改变速度。但由于使用的场所不同，齿轮工作过程中所受的冲击、脉动、弯曲、扭曲等交变负荷也不同。齿轮出现的故障也不一样。按主要型式分为两大类：一类是齿轮啮合噪声；另一类是齿轮损伤。本文主要结合一些实例就摩托车齿轮损伤这一类故障做一分析与探讨，供大家参考。
  按我国国标《齿轮轮齿损伤的术语、特征、原因》，齿轮损伤的基本类型分为轮齿折断、齿面疲劳、胶合、磨损、塑性变形及其他损伤等6种类型。而根据摩托车齿轮的实际情况，常见的损伤形式主要有磨损、齿面疲劳、轮齿折断三种类型。
  一、 磨损
  1、故障现象
  齿面磨损得发亮，齿厚（或公法线长度）变薄，工作齿面与不接触部分交界处出现磨损台阶。严重的齿顶变尖，齿顶外径变小，甚至整个齿被磨光。
  2、故障原因
  主要是由齿面间的滑动磨擦力所引起，具体原因有：
（1）、润滑油中带有铁屑、沙石等硬颗粒状污垢，起着磨粒作用。特别是在多灰尘的地区，若发动机密封性不好，容易发生该类磨损。
（2）、齿面粗糙度太差，啮合过程中摩擦阻力大，磨损也快。当一对齿轮副的齿轮表面硬度相差悬殊且硬齿面的粗糙度较高时，对于软齿面来说它就起着切削刃的作用，软齿面很快被磨损。
（3）、润滑油黏度偏低，造成油膜厚度不够。
（4）、齿面硬度不够，或硬化层深度太薄，不耐磨。
（5）、齿厚（公法线长度）偏大或箱体中心距偏小，造成啮合侧隙太小，不能形成油膜而引起磨损。
  3、对策
（1）、保证发动机润滑系统的密封性，齿轮箱拆卸过后要记住更换密封垫或涂密封胶，避免沙尘进入；同时按要求及时更换润滑油的干净。
（2）、提高加工的齿面精度，尤其是一对软硬悬殊的齿轮副中的硬齿，必须有足够低的粗糙度。
（3）、换用黏度较高的润滑油。
（4）、保证热处理质量，尤其是硬化层深度及表面硬度。
（5）、保证机加工质量，控制齿厚及箱体中心距。


  二、 齿面疲劳
  1、故障现象
  故障形式有面点蚀和剥落两种。点蚀主要表现在齿面出现麻坑凹点，剥落则是点蚀坑的扩展，出现成片剥离齿面。
  2、故障原因
  主要是由于作用在齿面上的接触应力超过了材料的疲劳极限。具体原因有：
（1）、材料有缺陷。钢中非金属脆性夹杂物多，或钢材的纤维流向与工作面方向不一致（成90°时疲劳寿命最低）。
（2）、齿面脱碳。渗碳齿轮表面含碳量为0.3%～0.6%（渗碳齿轮表面含碳量一般为0.7%～1.0%,0.8%～0.9%时较理想），齿面脱碳层为0.2mm时，容易产生疲劳裂纹。
（3）、齿面加工方法。由于滚齿、插齿、剃齿等加工方法的刀痕方向与啮合线方向的夹角不同，齿面接触疲劳寿命也有所差异。这一点常常不被人注意，实践证明，剃齿方法加工出来的齿轮的疲劳寿命较长。
（4）、齿面粗糙度过高，或齿形误差太大。
（5）、润滑不良（油品选用不当或黏度偏低）。
  3、对策
（1）、保证钢材质量，采用净化冶炼钢材，锻造或挤压毛坯时应注意其纤维流向。
（2）、保证热处理质量，尤其是硬化层深度、表层硬度（一般离表面0.1mm深处应达到700HV以上）及表面含碳量，这些都是生产企业要注意的，修理工在选择零件时一定要选用正牌企业的产品，才能保证上述指标。
（3）、尽量采用剃齿方法加工齿面。
（4）、保证机加工质量，降低齿面粗糙度，提高齿形精度。
（5）、改善润滑条件，换用黏度适当的润滑油。


  三、 齿轮折断
  1、故障现象
  轮齿折断是指一个或几个齿的整体或其局部断裂，其故障现象与前面两种相比最为严重。一般是从齿根部开始产生裂纹直至断齿。
  2、故障原因
  主要是由于作用在齿根上的最大振幅肪动或交变弯曲应力超过了材料的弯曲疲劳极限。有两种情况：一种是在短时过载或受到冲击载荷时发生的突然折断；另一种是多次重复弯曲引起的疲劳折断。具体原因有如下几点。
（1）、材料有缺陷。非金属夹杂物作为微形缺口、引起应力集中而使弯曲的疲劳强度降低。
（2）、锻件组织缺陷。一是内部缺陷造成淬火时产生微裂纹，严重时出现劈裂现象；二是带状组织，容易造成严重的混晶，同时，微区成分的偏析会形成不均匀的淬火马氏体、残余奥氏体以及渗碳层深度和硬度。
（3）、粉末冶金材料的齿轮密度偏低或不均匀，将大大降低弯曲疲劳强度。
（4）、热处理时表面脱碳。表面脱碳使弯曲疲劳强度降低，特别是对于表面硬度高的齿轮，将使弯曲疲劳极限降低1/2～2/3。
（5）、金相组织。实践证明，淬火钢表层含有5%（体积分数）的非马氏体组织时，弯曲疲劳极限将降低10%。对于马氏体组织，只有经过适当回火后才有良好的疲劳性能。
（6）、齿根圆弧过渡曲线不好或圆角太小,造成齿根应力集中。
（7）、硬性异物卡入啮合处。
  3、对策
（1）、控制钢材的冶金质量，尤其要减少非金属夹杂物。
（2）、保证锻造、冲压质量，重点控制内部缺陷和带状组织。
（3）、保证热处理质量，尤其要防止表面脱碳及控制金相组织。
（4）、增加强力喷丸工艺。齿根喷丸强化有利于提高弯曲疲劳强度，因为表层可形成有利的残余应力。试验表明，当残余应力层深约为细微裂纹层深度的5倍以上时，可消除裂纹的影响。
（5）、优化轮齿参数，增大齿根圆角半径。
（6）、保证系统的密封性，避免硬性物进入。