寧波捷勝海洋開發(fā)有限公司 （浙江 315806） 趙小鵬 陳 勇

寧波捷勝海洋開發(fā)有限公司是專業(yè)從事研發(fā)、生產(chǎn)、銷售海洋裝備的高新技術企業(yè)，公司的某型600kN大型圍網(wǎng)起網(wǎng)機在交付用戶使用一年后，經(jīng)售后服務檢查發(fā)現(xiàn)主動輪小齒輪的齒面出現(xiàn)了明顯的凹坑，位置出現(xiàn)在齒面節(jié)線位置。

1. 設備結(jié)構(gòu)形式

采用兩側(cè)閉式一級齒輪傳動、4臺液壓馬達、兩個主卷筒、制動裝置、離合器裝置等組成；閉式齒輪將液壓馬達的轉(zhuǎn)矩傳遞到軸套上，軸套與卷筒均套設在固定主軸上，當需要轉(zhuǎn)動卷筒時，軸套離合器與卷筒虎牙嚙合，則兩個卷筒可實現(xiàn)同時工作或分別正反轉(zhuǎn)工作，將漁網(wǎng)卷起或放下。

2. 現(xiàn)象分析

如圖1所示，出現(xiàn)問題的小齒輪（mn=12，z=19）；靠節(jié)線位置，在齒輪收網(wǎng)受力面上出現(xiàn)較多凹坑，φ2mm×2mm深，數(shù)量有20～30個/齒；個別齒面的凹坑達到了約φ5mm×2mm深。經(jīng)分析確認凹坑為點蝕坑，已到擴展性點蝕階段；個別齒的齒面甚至出現(xiàn)了片蝕現(xiàn)象。

如圖2所示，在齒輪受力面長度方向，在接觸區(qū)域同時出現(xiàn)了點蝕的3個階段現(xiàn)象，即左端齒面1/3面積處于初期點蝕階段呈麻點狀；中部區(qū)域1/2處于擴展性點蝕階段呈內(nèi)貝殼狀；右端1/6區(qū)域處于片蝕階段呈片狀脫落。

圖1 主動輪外觀

圖2 齒面特征

如圖3所示，工作面的壓痕從右到左顏色逐步加深，區(qū)域由小到大呈傾斜狀。這種現(xiàn)象說明大小齒輪軸心線不平行，存在偏載情況，造成局部過載，使齒面局部接觸應力過高，是產(chǎn)生這種點蝕現(xiàn)象的原因之一。起網(wǎng)機為中部主軸、兩側(cè)箱體結(jié)構(gòu)；主軸與箱體外端軸承蓋壓緊，內(nèi)側(cè)為軸套、軸承座、滑動軸承間隙配合；如果設備在船甲板上安裝精度不高或船甲板變形等原因，很容易出現(xiàn)大齒輪軸線不平行現(xiàn)象。

圖3 齒面嚙合特征

如圖4所示，小齒輪為主動輪，點蝕坑有從節(jié)線向上齒面方向擴展的趨勢。逐步發(fā)展的結(jié)果將是齒面嚴重損傷，噪聲與磨損明顯加大，最終可能會出現(xiàn)斷齒。另外，發(fā)現(xiàn)齒面的表面粗糙度值較高，這也是產(chǎn)生點蝕的原因之一。

圖4 點蝕坑擴展趨勢

3. 調(diào)研分析

經(jīng)過上船調(diào)研、分析，認為圍網(wǎng)起網(wǎng)機工況惡劣，工作時間長，海況復雜，存在漁貨時有超載現(xiàn)象；齒輪的齒面接觸疲勞強度需相應提高。另外，兩個主卷筒法蘭直徑4.5m，自重加上1200m濕網(wǎng)重達20t，再疊加負載60t，運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)動慣量很大，漁民操作手動比例閥時存在不當現(xiàn)象，反向時往往不待零位停頓，直接拉反向，造成齒輪突然反轉(zhuǎn)，沖擊很大，存在嚴重的動載現(xiàn)象，這也是產(chǎn)生點蝕的主要原因之一。

4. 齒面點蝕失效判斷

針對該齒輪現(xiàn)狀，對其進行了點蝕計算失效判斷，經(jīng)計算（計算過程略）判定該設備小齒輪失效，作報廢處理。故對齒輪的熱處理提出了增加齒面高頻感應淬火要求，并對該道工序進行了試驗。

制作42CrMo齒形樣板（3齒），此材料經(jīng)（860±10）℃×（1～1.5）h正火，850℃×1.5h油冷淬火，580℃×3h油冷回火處理后的金相組織為回火索氏體。表面淬火工藝參數(shù)為：20kHz，100kW，移動速度為7.5mm/s，采用單齒延齒溝淬火。將齒形樣板用線切割切開，用磨床將觀察面磨光，再用4%的硝酸酒精浸蝕，采用VHX－600數(shù)碼金相顯微鏡對樣板材料進行金相分析。經(jīng)高頻感應淬火的組織分為淬硬層、過渡區(qū)和基體組織三層。淬硬層為馬氏體組織，過渡區(qū)為馬氏體與回火索氏體的混合組織，基體為回火索氏體。經(jīng)硬度測試，淬硬層厚度為1.8mm，平均硬度為48HRC，基體組織平均硬度為27HRC，過渡層厚度約為0.15mm。

調(diào)質(zhì)處理增強了齒輪的綜合力學性能。齒面高頻感應延齒溝淬火，增強了齒面硬度，提高了耐磨性，齒面接觸應力達到了1050MPa以上，比單獨調(diào)質(zhì)齒輪的接觸應力提高1.6倍，實現(xiàn)了表硬、心韌作用。

5. 解決方案

根據(jù)上述調(diào)研、分析及試驗結(jié)果，提出了對應的解決方案：

（1）降低齒面的表面粗糙度值，最后一刀精滾采用新磨滾刀加工；滾齒后增加鉗工磨石修磨齒面工序；齒頂根據(jù)模數(shù)大小分別倒R圓角。

（2）提高齒面的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，調(diào)質(zhì)硬度提高到了260～280HBW；增加了齒面高頻感應淬火工序，并且要求沿齒廓淬火硬化，齒面硬度提高到45～55HRC；使齒面接觸應力提高到1050MPa，有效避免了齒面點蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）設備在船上安裝提出安裝精度要求，要求船上焊接底座嚴格按照對稱焊接，減少變形，平面度誤差控制＜0.5mm；設備安裝后再用箱體底腳調(diào)節(jié)螺栓予以調(diào)平校正，誤差控制＜0.2mm。

（4）漁民操作前要做到崗前培訓，做到規(guī)范操作。

6. 結(jié)語

經(jīng)過以上方案處理，后續(xù)設備齒輪經(jīng)過多年的實船使用，沒有再出現(xiàn)類似的點蝕現(xiàn)象。