原创链条失效分析

顺益体系(集团)市场管理中心张滨

链条失效分析

链传动为具有中间挠性件的啮合传动,其具有齿轮传动和带传动的特点。与齿轮传动相比,链传动的制造与安装精度要求较低;与摩擦型带传动相比,链传动的平均传动比准确,传动效率稍高。

链传动的主要缺点是:不能保持瞬时传动比恒定,工作时噪声大;磨损后易发生跳齿。

常见的失效模式见下图:

正常磨损

正常磨损磨损通常发生在销衬套的承重区域。随着磨损,链条逐渐伸长。链条的磨损率受润滑的影响很大。正确润滑后,销子和衬套的承重表面将看起来发亮且光滑

过度磨损

过度磨损如果承重表面变色(棕红色氧化物),则润滑不足。微动腐蚀已经开始,产生的磨料氧化物将大大提高磨损率。

异常磨损

润滑不足或工作速度过快会导致磨损或金属颗粒从承重表面上脱落。销轴和套筒的配合表面焊接在一起,然后随着在链轮上弯曲而折断。

侧板断裂

当超过链条的极限拉伸强度时(当链条承受的一次性载荷大于其承受的能力时),会发生这种失效。

销轴断裂

销轴断裂也可能是拉伸失效的结果。当链条由于震动或过载而断裂时,即使未断裂的零件听起来可能很响,它的所有组件也会受到影响。

侧板疲劳失效

疲劳失效是由于反复循环负载超过链条的极限或额定值而导致的。过载及其发生的频率是确定疲劳的因素。过载可以是连续的或间歇的(脉冲负载)。

套筒疲劳失效

请务必检查链轮是否有磨损的齿轮或齿根堆积,疲劳表现为在套筒连接板附近或沿套筒长度方向的圆周裂纹。两种类型的裂纹也可能出现在同一衬套中。如果套筒裂纹明显,请勿尝试修理链条。确定并修复故障原因,然后更换整个链条。

链条应力腐蚀

这种类型的失效可能是由于在酸性或碱性介质或环境中操作引起的。碳钢和某些等级的不锈钢在暴露于腐蚀性环境时会遭受应力腐蚀开裂。另外,碳钢链条暴露在潮湿环境中也会导致生锈和应力腐蚀开裂。

链条失效分析手段

通常来说,当链条失效时,我们可以肉眼进行初步检查,做个预判。对于断裂失效等可以借助扫描显微镜进行放大观察断口形貌,材料组织缺陷,断口晶粒大小不一,应力腐蚀时还可以观察到沿晶界的析碳或腐蚀介质颗粒。做金属切片分析,包括内外组织类型也能容易区分,硬化层的分布等等。此外对链条做机械台架测试,质谱、能谱研究化学组成。

链条磨损引起的齿啮合变化

链条另外容易发生的事故是工作中出现跳齿,原因从下图我们能很明显看到,当链条磨损拉伸后,与链齿的啮合就不那么紧密,甚至链齿不能嵌入链节之间时,跳齿就是大概率事件了。

链条磨损拉长变化过程

链传动的多边形效应

可以看出链条之所以能正常传动,与链齿和链条的配合有很大关系,当相对位置发生变化时(链条变形或拉伸)功率损失是不可避免的(力矩发生变化)。

链条的一般维护要点

如何维护链条我们需要做到:

1、带保护罩的链条,每年清洗油箱和注入新的润滑油

经验法则:适当的润滑可将链条寿命延长多达倍

2、开式链条,3-6个月用煤油、柴油、三氯乙烯或四氯化碳清洗

绝对不能将新链条置于旧的链轮上!!!

链条润滑剂粘度选择(日本标准)

链条润滑剂粘度选择(美国标准ASMEB29)

链条润滑剂粘度选择(ISO标准)

链传动润滑油需要量(ANSIB29.1)

链条润滑的要点:

1、在滚子和销轴之间施加油滴

2、链条刚好与链轮啮合之前的距离,因此离心力会将润滑油带入间隙。

3、涂在滚子表面的油很少到达套筒和销轴之间的区域。

链条润滑方式指导(ISO标准GB标准)见下图

X---A系列/A加重系列或B系列链号

Y---链条速度v/(m/s)

范围1:用油壶或油刷由人工定期润滑

范围2:滴油润滑

范围3:油池润滑或油盘飞溅润滑

范围4:强制润滑,带过滤器,假如必要可带由冷却器

链条润滑方式——手工润滑

(A)喇叭形的手动油脂涂抹器!

(B)对于没有外盖的低速应用,罐头刷或手刷是最简单的方法。

应该每天对新的链条进行润滑,直到充分“磨合”为止,然后每周润滑就足够了

链条润滑方式——滴油润滑

在滴油润滑中,根据速度的不同,油会以每分钟4至20滴的速度滴入链板或侧板边间隙。同样,油的量和使用的频率必须足以防止在链节中形成红褐色的腐蚀。

在多排链的滴注润滑中,可使用芯吸式分配管将油均匀地分配给链板或侧板的所有排。

链条润滑方式——油浴润滑

在油浴润滑中,链条的一小部分浸泡在油箱底部。油位应仅延伸至链条的最低工作点的节线。如果较长的链条浸泡油浴会导致油起泡和过热。

链条润滑方式——滑盘润滑

在抛油盘润滑中,旋转盘会拾取机壳底部的油,然后将其抛向集油板上。然后将油导入一个槽中,该槽将其滴到链条下部链节的链板或侧杆的上边缘上。链条应始终在套管中的油位之上运行。

链条润滑方式——喷油润滑

在喷油润滑中,润滑油在压力下被泵送到喷嘴,这些喷嘴将油柱或油雾喷到链条松弛侧上。油雾应在链的整个宽度上均匀分布。

多余的油收集在油底壳的底部,并通过储油器返回到泵。可以使用油冷却器将油温度保持在最高限制以下。

链条润滑方式——喷雾润滑

将链条油雾化后喷入销轴处

与寿命有关的润滑系数(德国设计手册)

润滑方式的改善能极大提高链条寿命!

由于滴油润滑和喷油润滑为油品全损耗型方式,能对链条表面的油泥和粉尘进行清洗并带走,效果要比目前常见的润滑脂来润滑链条要清洁得多。

附录:链条的起源

“链条”一词的含义可以追溯到印欧语系的一个古老词。早在公元前年,链条就被用来从井中汲取一桶水。这个很早的铲斗链由相连的金属环组成。

在16世纪,列奥纳多·达·芬奇(LeonardodaVinci)绘制了似乎是第一条钢链的草图。这些链条可能设计成传递拉力而不是缠绕力,因为它们仅由板和销组成,并具有金属配件。

达·芬奇手绘草图

尽管起源很早,但是直到十九世纪工业革命来临之前,链条和链轮几乎没有用于动力的传递或物料的输送。

从年在英国获得专利的Slater链条开始,这种技术在英国的发展要比在美国早一些。Slater的设计得到了HansRenold的进一步完善的精密滚子链条于年在英国获得专利。

精密倒齿链(俗称“静音链”)于年代后期问世,并在20世纪初期开发了许多专有样式。滚子链标准化的最初努力始于年代,出现第一个链条标准:美国标准B29a于年7月22日发布。自那时以来,已经开发了18个B29标准,涵盖了倒齿链;可拆卸链销轴和偏置侧杆链条;铸造,锻造和组合链;拖链;及许多其他样式。

总结

可以看出润滑剂的选择、污染控制、润滑方式的改善都是降低链条失效风险的手段,另外根据国内做的台架和路试看,如果是污染可控的条件下,润滑充足及合适时,链条滚筒和销轴等材料越软寿命越长。链条使用中存在循环硬化现象。

如果在开发式条件下,润滑虽然能定时添加和清洗,需要链条滚筒和销轴等材料越硬越好,硬度在HRC58,此时链条表现为磨粒磨损,硬化层的磨损寿命可预估链条的寿命,链条呈现循环软化现象。

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