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装载机齿轮泵齿轮断裂故障的起因及其建议

编辑:青州市华启液压科技有限公司时间:2022-05-09

  据报道,齿轮断裂发生在装载机齿轮泵的应用中。为了找出故障原因,结合齿轮应力和冷热加工因素,对失效齿轮进行检测分析,并针对断齿原因采取有针对性的改进和预防措施,避免类似事故的发生。

  经理化检验分析,断裂齿轮的化学成分、非金属夹杂物含量、扩散层和基体组织均符合标准要求,表面硬度、扩散层深度和复合层深度均不符合技术要求。

  通过合理控制复合层的厚度和相结构,可以提高渗氮表面的耐磨性和耐蚀性。由此可见,齿轮的渗氮工艺有待改进。扩散层组织正常,但深度不符合标准要求(节圆和牙根)。由此可见,两项渗氮质量指标均不符合技术要求。渗氮处理后,足够的渗氮层深度是保障渗氮层不发生疲劳破坏的基本条件。扩散层在强化中起主要作用。其深度和合理的硬度梯度是保持良好表面应力状态的重要指标。齿轮的硬度梯度平缓但较浅,尤其是齿根处的硬度梯度只0.32mm,这是较低要求的64%,这大大降低了齿轮的允许弯曲强度和疲劳强度,并影响其使用寿命。

  在正常情况下,装载机齿轮泵的齿根承受较大的拉应力,而传递扭矩的节圆承受较大的压应力。这两个关键零件的表面硬度和渗氮层深度明显不足,是降低齿轮强度和使用性能的薄弱环节,是造成疲劳损伤的前提。疲劳损伤的起源取决于应力集中的程度和外部载荷的大小。

  通过对断口形貌的分析,可以看出裂纹起源于齿根,并且可以看到一些小的台阶条纹从那里萌生,表明齿根处存在应力集中。由于齿轮几何结构的特殊性,结构上的拐点会因运动受阻而累积大量位错,导致齿根处的应力集中,从而为疲劳微裂纹的萌生创作条件。在发动机运行期间,齿轮根部承受周期性弯曲应力和偶尔的冲击载荷。此外,低表面硬度和浅氮化层导致弯曲强度显著降低。末后,由于齿轮的整体承载能力不足,疲劳裂纹开始并进一步扩展。

  结论和建议:

  (1)装载机齿轮泵齿轮的三个齿轮相继损坏。头一个齿轮的断裂模式为低应力高周疲劳。裂纹源于啮合面应力侧的齿根,属于应力集中型多源疲劳裂纹。

  (2)齿轮渗氮质量差,如齿根表面硬度低,渗氮层深度和复合层厚度较浅,有大面积的疏松和剥落,降低了齿轮的弯曲疲劳强度。齿轮泵齿轮断裂的主要原因是疲劳裂纹在应力集中的齿根处萌生并扩展。

  根据牙齿断裂的原因,提出以下建议;

  (1)督促供应商加强对热处理质量的监督和控制,保持齿轮渗氮质量。

  (2)加强供需双方的技术沟通,完善技术细节,明确齿轮的质检部位,禁止不合格品从生产源头进一步流通。

  (3)加强装载机齿轮泵外购件的工厂复验,充分发挥理化检测的及时性和有益性。

装载机齿轮泵齿轮断裂故障的起因及其建议

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