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振动压路机驱动桥锥齿轮故障分析及改进
详细内容:

YZ10型振动压路机的行走是通过驱动桥来实现的。该类机型采用单桥驱动,驱动桥尤其是圆弧双曲线锥齿轮副是整机的一个关键部件,在工作过程中承受较大的载荷,工况较为恶劣。在实际使用过程中,发现锥齿轮早期磨损严重等故障时有发生,严重影响整机质量。因此,对驱动桥锥齿轮的设计和工艺等方面加以分析,找出齿轮副的薄弱环节,为今后的设计提供理论根据是十分必要的。现将齿轮副的故障原因和技术改进作一分析和介绍。

  1 驱动桥中央传动的结构

  驱动桥主要由桥壳和中央传动组成,其核心部分为中央传动装置。中央传动具有结构紧凑、体积小、传动比大等特点。其中齿轮副的主要参数为Z1=5,Z2=39,m=6.16mm,βm/c=47°29′59″。

  2 锥齿轮的失效形式

  该齿轮副为圆弧齿双曲面锥齿轮,锥齿轮采用氮化处理,精加工前调质硬度为HB190~217,氮化层深度为0.7~1.1mm,齿面硬度HRC58~63,心部硬度HRC35~42。对失效反馈回来的齿轮进行分析研究表明,早期失效的主要形式是齿面严重胶合磨损和表面剥落。主动齿轮齿部磨损严重,有的齿顶磨成刀刃状,有的齿部全部磨光,轴齿变成光轴。从动齿轮产生严重而均匀的胶合磨损,其磨损程度凹面大于凸面。

  3 锥齿轮的失效原因分析

  根据齿轮副传动基本关系和几何参数设计要点,经过大量的计算研究,对该锥齿轮副的图样设计几何尺寸进行校核,表明几何参数正确无误。而导致锥齿轮失效的主要原因是齿轮接触区精度不高和热处理未能保证齿轮的力学特性要求。

  3.1 造成齿面接触区精度不高的原因

 ?。?)在主动齿轮齿坯加工过程中,轴向定位工艺尺寸2000.05超差,根据现场随机抽样检查表明,该尺寸变动范围为0.24,最大尺寸为20+0.14,最小尺寸为20-0.10,变化范围较大,这必然影响齿面接触区的位置。

  (2)齿轮加工工艺不合理,导致齿面接触区差。特别是热处理后从动齿轮内孔加工工艺不当,由于从动齿轮直径尺寸较大,淬火时虽然采用淬火压床,但也产生一定的变形,实际检测表明,其内孔变形量一般在0.15mm左右。由于我厂没有立式内圆磨床,没有对内孔进行热处理后磨削,而是以变形的内孔、端面定位找正加工轮齿,必然导致齿圈径向跳动误差和恶化齿面接触区的质量。

  (3)相关零件加工质量差,导致齿面接触区差。中央支座是齿轮的支承零件,其加工精度对齿面接触区、传动质量和减少装配调整工作量起到重要的作用,特别是主、从动齿轮安装孔的垂直度、主动齿轮轴线偏移距30mm、主动齿轮安装孔端面距从动齿轮轴线距离214±0.2mm等几项参数要求。实际检测表明,这些形位公差及尺寸公差精度都有不同程度的超差。另外,轴承座的定位端面和下轴承定位端面间的尺寸21的精度,同样影响主动齿轮的安装位置,进而影响齿面接触区的质量。由于图样上尺寸21没有标注公差,故造成该尺寸没有得到较好的控制。

  (4)装配质量差影响齿面接触区。装配是保证产品质量的最后一道工序,装配的好坏直接影响齿面接触区的质量。由于装配中央传动部件时,缺少检查齿面接触区的检测手段,主要是根据齿侧间隙来判断调整位置的正确与否。当驱动桥总装配完成以后,在台架上作空转试验,根据运转声响来间接判断齿面接触区的质量;另一方面如果啮合质量不好,则必须把中央传动部件拆下,重新进行调整,费工费时。

  3.2 热处理工艺不当的影响

  通过对失效锥齿轮的材质检测、分析及现行热处理工艺技术评估,判明渗层和心部组织不良以及渗层硬度分布不合理是齿轮早期失效的主要原因。

  对反馈回来的失效齿轮,我们进行了硬度和金相组织分析。硬度检查表明,有的齿轮共渗表层硬度为HRC57,心部硬度HRC28,均低于设计图样要求。金相组织检查表明,该齿轮的碳氮共渗浓度不足 ,以致共渗表面无一次氮碳化合物,次层无二次氮碳化合物的网状析出;重新加热淬火时的加热温度过低,导致心部存在大量未溶铁素体,使心部硬度大大降低;重新加热淬火时保温时间过长,致使齿轮硬化层严重脱碳,造成表层硬度降低。

  4 锥齿轮的质量改进措施

  针对锥齿轮失效的原因,我们采取了以下几条措施:

  (1)在齿轮加工过程中,加强对200-0.05尺寸的质量检查,并制作了该尺寸的检验量规,便于操作工人对该尺寸进行控制。

  (2)改善从动齿轮加工工艺流程,增加内孔热处理后磨削工序。在没有购进立式内圆磨床之前,我们采用该工序外协加工的办法来实现。

  (3)针对中央支座等相关件加工精度低的问题,加强加工机床的精度控制,严格执行工艺,重新设计制造了中央支座镗加工工装,提高零件的加工精度。并改进设计图样,对轴承支座尺寸21加注公差要求。

  (4)研制简单、实用、操作方便的中央传动部件专用试验装置,以便于检查和调整齿面接触区。

  (5)为改善热处理状况,我们根据现有条件,适当提高共渗温度和淬火温度、缩短出炉至淬火冷却时间、改善炉气循环、购置可控气氮加热炉的措施。同时改进设计,在设计图样中增加热处理技术要求,即对金相组织的要求,提高对热处理工艺的指导作用。

  经过实施以上解决措施,近年来驱动桥锥齿轮早期严重磨损失效的反馈明显减少,驱动桥质量明显提高,因而使得整机质量得到了进一步提高,经济效益和社会效益十分明显。
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