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某双联液压泵齿轮断裂的原因分析及解决建议

编辑:青州市华启液压科技有限公司时间:2021-12-05

  据了解,某型柴油发动机在运行过程中出现异响,随即熄火且无法再次启动。拆解后发现其所用双联液压泵齿轮和中间齿轮损坏,前者3齿断裂、2齿咬齿,后者除齿顶角磕碰外无明显损伤。两齿轮材料及技术参数相同,模数2.5,齿数63,压力角α=20°,材料为42CrMo钢,热处理状态为调质后渗氮。为查明故障原因,研究人员从失效齿轮入手,结合齿轮受力情况及冷热加工因素进行了检测分析,根据断齿的原因有针对性地采取改进和预防措施,以避免同类事故的发生。

  原因分析:

  正常情况下,齿轮的齿根部位承受的拉应力较大,传递力矩的节圆部位承受很大的压应力。而这两个关键部位的表面硬度和渗氮层深度明显不足,必然降低其强度和使用性能,是该齿轮的薄弱环节,具备产生疲劳损伤的先决条件。疲劳损伤究竟从何处引发,决定于应力集中的程度和外加载荷的大小。由断口形貌可知,裂纹起源于齿根,并可见多条细小的台阶条纹从该处萌生,说明齿根处有应力集中现象。由于齿轮几何结构的特殊性,结构上的拐点使得大量的位错因运动受阻而堆积.在齿根产生应力集中。为疲劳微裂纹的萌生创造了条件。发动机运转过程中,齿轮根部承受周期性的弯曲应力及偶尔的冲击载荷,加上表面硬度低、渗氮层浅,导致弯曲强度大幅度下降,终因齿轮的整体承载能力不足而萌生疲劳裂纹并进一步扩展。

  结论与建议:

  (1)柴油机双联液压泵齿轮3个齿轮呈先后折断状态,先是齿轮的断裂模式为低应力高周次疲劳,裂纹起源于啮合面受力侧的齿根部,为应力集中型多源疲劳开裂。

  (2)齿轮的渗氮质量不良,如齿根处表面硬度偏低,渗氮层深度、化合物层厚度均偏浅,有大面积疏松和剥落等,降低了齿轮的弯曲疲劳强度,导致疲劳裂纹于应力集中的齿根部萌生并扩展,是该双联泵齿轮断裂的主要原因。

  根据双联液压泵断齿的原因,提出如下建议;

  (1)敦促供货方加强热处理质量的监督与控制,以确保齿轮的渗氮质量。

  (2)加强供需双方的技术沟通,完善技术细节,明确齿轮的质量检测部位,从生产源头上严禁不合格品的进一步流转。

  (3)加强外购件的入厂复验,充分发挥理化检测工作的及时性和有益性。

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