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振動壓路機驅動橋錐齒輪故障分析及改進
詳細內容:

YZ10型振動壓路機的行走是通過驅動橋來實現的。該類機型采用單橋驅動,驅動橋尤其是圓弧雙曲線錐齒輪副是整機的一個關鍵部件,在工作過程中承受較大的載荷,工況較為惡劣。在實際使用過程中,發現錐齒輪早期磨損嚴重等故障時有發生,嚴重影響整機質量。因此,對驅動橋錐齒輪的設計和工藝等方面加以分析,找出齒輪副的薄弱環節,為今后的設計提供理論根據是十分必要的。現將齒輪副的故障原因和技術改進作一分析和介紹。

  1 驅動橋中央傳動的結構

  驅動橋主要由橋殼和中央傳動組成,其核心部分為中央傳動裝置。中央傳動具有結構緊湊、體積小、傳動比大等特點。其中齒輪副的主要參數為Z1=5,Z2=39,m=6.16mm,βm/c=47°29′59″。

  2 錐齒輪的失效形式

  該齒輪副為圓弧齒雙曲面錐齒輪,錐齒輪采用氮化處理,精加工前調質硬度為HB190~217,氮化層深度為0.7~1.1mm,齒面硬度HRC58~63,心部硬度HRC35~42。對失效反饋回來的齒輪進行分析研究表明,早期失效的主要形式是齒面嚴重膠合磨損和表面剝落。主動齒輪齒部磨損嚴重,有的齒頂磨成刀刃狀,有的齒部全部磨光,軸齒變成光軸。從動齒輪產生嚴重而均勻的膠合磨損,其磨損程度凹面大于凸面。

  3 錐齒輪的失效原因分析

  根據齒輪副傳動基本關系和幾何參數設計要點,經過大量的計算研究,對該錐齒輪副的圖樣設計幾何尺寸進行校核,表明幾何參數正確無誤。而導致錐齒輪失效的主要原因是齒輪接觸區精度不高和熱處理未能保證齒輪的力學特性要求。

  3.1 造成齒面接觸區精度不高的原因

  (1)在主動齒輪齒坯加工過程中,軸向定位工藝尺寸2000.05超差,根據現場隨機抽樣檢查表明,該尺寸變動范圍為0.24,最大尺寸為20+0.14,最小尺寸為20-0.10,變化范圍較大,這必然影響齒面接觸區的位置。

  (2)齒輪加工工藝不合理,導致齒面接觸區差。特別是熱處理后從動齒輪內孔加工工藝不當,由于從動齒輪直徑尺寸較大,淬火時雖然采用淬火壓床,但也產生一定的變形,實際檢測表明,其內孔變形量一般在0.15mm左右。由于我廠沒有立式內圓磨床,沒有對內孔進行熱處理后磨削,而是以變形的內孔、端面定位找正加工輪齒,必然導致齒圈徑向跳動誤差和惡化齒面接觸區的質量。

  (3)相關零件加工質量差,導致齒面接觸區差。中央支座是齒輪的支承零件,其加工精度對齒面接觸區、傳動質量和減少裝配調整工作量起到重要的作用,特別是主、從動齒輪安裝孔的垂直度、主動齒輪軸線偏移距30mm、主動齒輪安裝孔端面距從動齒輪軸線距離214±0.2mm等幾項參數要求。實際檢測表明,這些形位公差及尺寸公差精度都有不同程度的超差。另外,軸承座的定位端面和下軸承定位端面間的尺寸21的精度,同樣影響主動齒輪的安裝位置,進而影響齒面接觸區的質量。由于圖樣上尺寸21沒有標注公差,故造成該尺寸沒有得到較好的控制。

  (4)裝配質量差影響齒面接觸區。裝配是保證產品質量的最后一道工序,裝配的好壞直接影響齒面接觸區的質量。由于裝配中央傳動部件時,缺少檢查齒面接觸區的檢測手段,主要是根據齒側間隙來判斷調整位置的正確與否。當驅動橋總裝配完成以后,在臺架上作空轉試驗,根據運轉聲響來間接判斷齒面接觸區的質量;另一方面如果嚙合質量不好,則必須把中央傳動部件拆下,重新進行調整,費工費時。

  3.2 熱處理工藝不當的影響

  通過對失效錐齒輪的材質檢測、分析及現行熱處理工藝技術評估,判明滲層和心部組織不良以及滲層硬度分布不合理是齒輪早期失效的主要原因。

  對反饋回來的失效齒輪,我們進行了硬度和金相組織分析。硬度檢查表明,有的齒輪共滲表層硬度為HRC57,心部硬度HRC28,均低于設計圖樣要求。金相組織檢查表明,該齒輪的碳氮共滲濃度不足 ,以致共滲表面無一次氮碳化合物,次層無二次氮碳化合物的網狀析出;重新加熱淬火時的加熱溫度過低,導致心部存在大量未溶鐵素體,使心部硬度大大降低;重新加熱淬火時保溫時間過長,致使齒輪硬化層嚴重脫碳,造成表層硬度降低。

  4 錐齒輪的質量改進措施

  針對錐齒輪失效的原因,我們采取了以下幾條措施:

  (1)在齒輪加工過程中,加強對200-0.05尺寸的質量檢查,并制作了該尺寸的檢驗量規,便于操作工人對該尺寸進行控制。

  (2)改善從動齒輪加工工藝流程,增加內孔熱處理后磨削工序。在沒有購進立式內圓磨床之前,我們采用該工序外協加工的辦法來實現。

  (3)針對中央支座等相關件加工精度低的問題,加強加工機床的精度控制,嚴格執行工藝,重新設計制造了中央支座鏜加工工裝,提高零件的加工精度。并改進設計圖樣,對軸承支座尺寸21加注公差要求。

  (4)研制簡單、實用、操作方便的中央傳動部件專用試驗裝置,以便于檢查和調整齒面接觸區。

  (5)為改善熱處理狀況,我們根據現有條件,適當提高共滲溫度和淬火溫度、縮短出爐至淬火冷卻時間、改善爐氣循環、購置可控氣氮加熱爐的措施。同時改進設計,在設計圖樣中增加熱處理技術要求,即對金相組織的要求,提高對熱處理工藝的指導作用。

  經過實施以上解決措施,近年來驅動橋錐齒輪早期嚴重磨損失效的反饋明顯減少,驅動橋質量明顯提高,因而使得整機質量得到了進一步提高,經濟效益和社會效益十分明顯。

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