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装载机齿轮泵齿轮断裂问题的分析与建议

编辑:青州市华启液压科技有限公司时间:2021-05-17

  据悉,某装载机齿轮泵应用中,产生了齿轮断裂的现象,为查明故障原因,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。

  通过理化检验分析得出,断齿齿轮的化学成分、非金属夹杂物含量、扩散层和基体显微组织均符合标准要求,表面硬度、扩散层深度及化合物层深度均不符合技术要求。

  合理控制化合物层的厚度和相结构,可增进渗氮表面耐磨性和耐蚀性。可见该齿轮的渗氮工艺还有待改进。扩散层组织正常,但深度未达到标准要求(节圆和齿根处)。由此可见,两项渗氮质量指标均不符合技术要求。材料经渗氮处理后,够足的渗氮层深度是保持渗层不产生疲劳失效的基本条件,起主要强化作用的是扩散层,其深度及合理的硬度梯度是保持越佳表面应力状态的重要指标。该齿轮硬度梯度平缓,但偏浅,格外是齿根处只0.32mm,为较低要求的64%,这在很大方面上降低了齿轮的许用弯曲强度和疲劳强度,并影响其使用寿命。

  正常情况下,装载机齿轮泵的齿轮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,定然降低其强度和使用性能,是该齿轮的薄弱环节,具备产生疲劳损坏的先决条件。疲劳损坏到底从何处引发,决定于应力集中的程度和外加载荷的大小。

  分析了断口的形貌可知,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定性,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作了条件。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。

  结论及建议:

  (1)装载机齿轮泵齿轮3个齿轮呈先后折断状态,先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,是该齿轮泵齿轮断裂的主要原因。

  根据断齿的原因,提出如下建议;

  (1)督促供货方加强热处理质量的监督与控制,以保持齿轮的渗氮质量。

  (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,从生产源头上禁止不合格品的进一步流转。

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

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