行星減速機齒輪產生點蝕和剝落的三個原因
2021-05-15
(1)設計不合理,行星減速機是在超負荷情況下運行,齒面已經過載(見強度校核復算)。
(2)制造精度不高,齒廓偏差大,齒面軸線垂直度不好,造成齒面接觸不良,局部接觸嚴重過載,率先產生點蝕剝落。
(3)齒面潤滑不良,齒面油膜過薄形成過薄膜(油膜)條件運轉,說明潤滑油黏度偏低。
1.2內齒圈齒部斷齒原因分析
從齒面損壞部位看,靠近行星輪嚙合區的中下部,斷齒分布不均,每隔45齒發生不同程度的撕裂,這一級在行星減速機低速運轉時,承載的負荷較大。
內齒圈材料經過化驗分析,元素接近于ZG310-570(ZG45)鑄鋼,實測齒面硬度為HBS200HBS220,為軟齒面。
眾所周知,當齒輪參數設計合理時,材料內在質量是齒輪承載能力決定性因素,鑄鋼本身存在著各種缺陷,化學成份不均勻,組織相對鍛件而言緊密度差,再加上調質硬度偏低等缺陷,大大降低了材質的承載能力。在行星減速箱低速起動運轉時,所產生的瞬時載荷過大,這兩者是內齒圈發生斷齒的根本原因。另外,經過齒輪檢測儀測量,齒形、齒向精度為7級8級,齒部為軟齒面,精度低,齒部接觸不好,硬度偏低,承載能力會減小,這也是內齒圈斷齒的又一個原因。
總之,通過對錐齒輪和內齒圈損傷失效分析可知,該行星齒輪減速器設計選材不夠合理,制造精度低,是造成故障的根本原因。
2原錐齒輪,內齒圈齒輪強度校核復算
2.1錐齒輪,第三級內齒圈幾何參數及相關數據
在表2中列出了錐齒輪和第三級內齒圈幾何參數及相關數據。
2.2錐齒輪和內齒圈強度校核
錐齒輪和內齒圈的強度校核復算,分別依據標準GB/T10062-1988!錐齒輪承載能力計算方法和GB/T3480-1997漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法進行。
表中疲勞極限和小系數的選取,也是按齒輪強度計算標準選取的,主要是為了便于和國產化改進設計的強度計算結果作比較,強度校核復算結果見和表4.從表3和表4中看出原齒輪設計強度不足,加上制造安裝精度偏低,齒輪接觸帶調整不好,促使齒輪發生損傷失效。
3錐齒輪和內齒圈的國產化改進設計
3.1設計指導思想
通過對錐齒輪和內齒圈失效分析和原設計強度校核復算,提出國產化設計的具體改進措施。
(1)先要滿足原設計的傳動和安裝要求根據現場要求,原設計的傳動要素和齒輪主要參數速比、模數、齒輪、螺旋角不能變,齒寬可根據齒輪箱結構條件改變(加寬或不變),齒輪結構設計的配合尺寸,外聯接尺寸不能變。
(2)改變錐齒輪、內齒圈毛坯材料原錐齒輪毛坯材料相當于國產的20CrMnMo,現改為20Cr2Ni4,滲碳淬火鋼鍛件,同樣為滲碳淬火工藝,滲層深度由原來的(0.81.0)mm改為(1.01.4)mm.
(3)提高齒面硬度,由原來要求的(5052)HRC(改為5862)HRC,目的是提高接觸疲勞強度極限。
精度由原來的7級提高到6級。
原第三級內齒圈材料相當國內的ZG45鑄鋼,現改為42CrMo鍛件,調質硬度由原來的(2022)HRC提高到(2628)HRC,齒面進行深層氮化,氮化層硬度(600670)HV,氮化深度(0.50.7)mm,精度由原來的7級提高到6級,目的是提高內齒圈內接觸和彎曲疲勞強度極限。
材質和工藝的改變有效的提高了齒輪的精度和承載能力。另外,裝配時,精心調整接觸區和齒輪側隙,按錐齒輪裝配調整規則,要求初始接觸區調整到中部靠小端,跑合后擴展沿齒高不小于50%.沿齒長不小于80%,行星輪和內齒圈齒側間隙在0.15mm0.25mm.
3.2改進設計后的錐齒輪和內齒圈強度計算
國產化改進設計后的錐齒輪和內齒圈強度計算,和表6摘錄了一些數據進行論證。從強度計算結果看,都適當提高了極限應力,比原設計都有較大的改善,極限應力是根據國內材料的冶金質量,熱處理水平和加工精度等綜合因素考慮選取的,使用實踐證明是比較合理的。需要說明的是,改進設計不能改變原參數,原來設計不合理(設計參數選擇不當),狀況未得到根本改變,只是從選材、熱處理和加工工藝上作一些改進,系數有所提高,滿足了目前生產需求。
4結束語
(1)國產化改進設計的圓盤行星減速機已經正常運轉兩年了,與原進口減速機相比,運轉平穩,油溫低,噪聲低,降低了故障率。
(2)對進口產品國產化,要始終堅持對現場暴露出來的問題進行具體分析,總的是要合理設計,合理選材,合理選擇工藝,降低成本,提高承載能力,延長使用壽命。