核电厂气闸门机械传动机构用薄壁齿轮失效分析及设计改进研究

发布时间：2021-11-28 23:22

　　对国内某在役核电厂气闸门机械传动机构用薄壁齿轮断齿失效事故进行了分析研究,该研究从薄壁齿轮断齿失效的机理和齿轮受载条件2个方面展开,找出了薄壁齿轮断齿失效的根本原因:①薄壁齿轮选材不合理。材料牌号为ANSI1340,成分分析结果显示S元素（含量为0.11%）远超标准要求,且齿轮中含有大量Mn S夹杂物,Mn S使材料性能劣化,导致齿轮发生轮齿根切断裂;②薄壁齿轮结构设计不合理。选用了齿数为12齿的特殊结构变位齿轮,变位齿轮受到的载荷超出其材料的许用限值,产生根切断裂。最后,本文从材料选择、制造加工工艺控制、结构设计等3个方面对薄壁齿轮提出了优化改进措施。 

【文章来源】：核动力工程. 2020,41(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

金相显微组织检验Fig.1MetallographicExamination

铩?亚共析钢在过热后缓慢冷却时沿晶界析出呈网络状分布的铁素体，加工温度越高、冷却速度越慢，网格越明显。这种组织晶粒粗大，塑性和冲击韧性较差。由该金相显微组织照片可知，该薄壁齿轮未经调质处理，属非调质态。结合夹杂物形态和轮齿断口形貌，可推断该薄壁齿轮属于热轧态。3.5SEM断口形貌分析对薄壁齿轮轮齿断口进行SEM分析。由图2SEM全貌分析（图中数字序号为SEM显微观察位置的编号）可以看出，薄壁齿轮轮齿断口处较为粗糙，并伴有可见轻微的塑形变形特征。断口微观SEM分析发现，轮齿断口处均为韧图2SEM全貌分析Fig.2SEMGeneralAnalysis窝形貌，韧窝形态呈细小孔状或条状特征。该结论佐证了齿轮断裂方式为过载剪切断裂。3.6硬度试验按GB/T230.1—2009[8]进行洛氏硬度试验，分别检测齿轮表面和齿轮心部的硬度。齿轮表面的硬度检测面在未断齿的齿面上，并平行于齿轮。齿轮心部的硬度检测面位于齿根部，且垂直于齿轮轴线。由表2硬度检测结果可得，齿轮表面硬度检测结果为平均值98.6HRB（洛氏硬度），齿轮心部硬度平均值为97.6HRB。结果表明，齿轮表面与心部硬度相近，说明齿轮未经表面硬化处理或表面调质处理。表2硬度检测结果Table2ResultsofHardnessTest编号检测位置检测值/HRB平均值位置1位置2位置3位置4/HRB1#齿轮表面98.598.598.599.098.62#齿根中心97.097.598.597.597.6按GB/T33362—2016[9]进行硬度换算，97HRB近似等于212HB（布氏硬度）。GB/T3077—2015[5]中规定40Mn2在退火或高温回火状态下的硬度应不大于217HB。该结果表明该薄壁齿轮硬度偏高，进一步印证了材料中MnS硬质夹杂物过高的结论。4薄壁齿轮受载失效分析根据薄壁齿轮失效机理分析


本文编号：3525355