楊引鋒 陶保平 馮育敏 范海波

摘要：通過對電解循環(huán)泵組件主動齒輪掉塊故障的分析，確定故障原因為主動齒輪組件齒輪軸端面低于齒輪端面，磨削齒輪端面時產(chǎn)生剪切力導(dǎo)致齒輪掉塊。針對故障原因提出的改進(jìn)措施切實有效，為聚醚謎酮材料的加工提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：主動齒輪;聚醚謎酮;壓套

0 ?引言

電解循環(huán)泵的主要功能是實現(xiàn)電解用水的輸運和循環(huán)。主、從動齒輪組件是電解循環(huán)泵的關(guān)鍵零組件之一。在水環(huán)境中，金屬的配副方式容易帶來高摩擦、高磨損、高振動以及高噪音，極易發(fā)生卡滯、咬死等事故。因此，主從動齒輪組件齒輪部分采用的是聚醚謎酮材料（S-0203），該材料具有極高的耐磨性，幾乎是目前耐磨性能最好的水潤滑材料。然而，電解循環(huán)泵組件在裝配故檢時發(fā)現(xiàn)，新配出的主動齒輪組件表面有掉塊現(xiàn)象。經(jīng)確認(rèn)，該主動齒輪組件某批次均存在掉塊問題。本文針對主動齒輪組件出現(xiàn)的掉塊問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，準(zhǔn)確定位故障，并通過試驗進(jìn)行了驗證，提出了切實有效的改進(jìn)措施。

1 ?問題概況

2017年2月21日，電解循環(huán)泵組件在裝配故檢時發(fā)現(xiàn)，新配出的主動齒輪組件表面有掉塊現(xiàn)象，經(jīng)核實，17-1批次共9件均存在掉塊現(xiàn)象。

2 ?問題定位

2.1 產(chǎn)品原理

電解循環(huán)泵組件中循環(huán)泵組件主要由電機(jī)、主、從動齒輪組件、殼體組件、軸承、磁極等零部件組成。

循環(huán)泵的電機(jī)帶動主、從動齒輪旋轉(zhuǎn)，將泵進(jìn)口的介質(zhì)增壓輸送到出口，泵體軸承選用滑動軸承，一對滾動軸承安裝于磁極組件兩側(cè)，對磁極組件起支撐作用，電機(jī)與泵體采用滑差離合器形式連接。

2.2 主動齒輪、齒輪組件工藝及故障樹

2.2.1 齒輪、齒輪組件工藝：

齒輪工藝流程為：NO0備料--NO5固熔時效—NO10車全部—NO15車端面及外圓-NO20研中心孔—NO25磨外圓—NO30磨外圓—NO35清洗—NO40檢驗—NO45油封

齒輪組件工藝流程為：NO5啟封—NO10壓套件1—NO15車外圓—NO20磨外圓—NO25去毛刺—NO30壓套件2—NO35收口—NO40磨外圓—NO45磨端面—NO50磨外圓--……

2.2.2 主動齒輪組件故障樹（圖1）

2.3 故障排查

根據(jù)上述故障樹，開展故障分析。

X1：No5車全部，內(nèi)孔與端面均在此工序車削加工，齒輪端面留有余量，在組件還需精加工，所以此事件可以排除。

X2：No10去毛刺，要求銳邊倒圓R0.1～0.3，齒輪端面留有余量，在組件還需精加工，所以此事件可以排除。

X3：No10壓套，軸與齒輪的緊度為0.03～0.05，采用常溫壓套的工藝方法，且無專用夾具，此事件暫不能排除，待試驗后檢查確認(rèn)。

X4：No45磨端面，當(dāng)壓套后齒輪軸與齒輪端面未平齊時，在齒輪軸端面與齒輪內(nèi)孔的接觸部位會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，磨削過程中，與齒輪軸未配合的齒輪會受一定的剪切力，容易產(chǎn)生掉塊缺陷，此事件暫不能排除，待試驗后檢查確認(rèn)。

X5：No65去毛刺，齒輪與齒輪軸磨削后端面平齊，此部位不產(chǎn)生毛刺，在本工序僅去除齒輪齒頂部位的毛刺，所以此事件可以排除。

針對暫不能排除的底事件X3：No10壓套、X4：No45磨端面進(jìn)行試驗機(jī)分析。

2.3.1 X3：No10壓套試驗

方案一：常溫壓套試驗

①尺寸測量：分別測量齒輪內(nèi)孔及軸徑尺寸，軸徑尺寸為：4.83～4.836，內(nèi)孔尺寸為4.8～4.802，配合緊度0.028～0.036，超出設(shè)計圖紙緊度要求下限0.002（設(shè)計圖紙要求壓套后緊度0.03～0.05）。

②壓套：采用自制工裝在壓力機(jī)下進(jìn)行壓套，壓力作用于齒輪軸上端面，目視齒輪軸與端面平齊。

③檢查：采用體視顯微鏡（倍率為15X）進(jìn)行檢查，齒輪周邊存在輕微掉塊現(xiàn)象。

方案二：齒輪加熱170℃～180℃，齒輪軸冷卻-40℃～-50℃進(jìn)行壓套試驗

①尺寸測量：軸徑尺寸為：4.835～4.837mm，內(nèi)孔尺寸為4.804mm，配合緊度為0.031～0.033，滿足設(shè)計圖紙緊度要求（設(shè)計圖紙要求壓套后緊度0.03～0.05）。

②加熱齒輪，冷凍齒輪軸：將齒輪放置在恒溫烘箱中，隨箱體溫度加熱到170℃～180℃保持10分鐘后取出;將齒輪軸在-40℃～-50℃低溫冷凍箱中放置10分鐘。

③壓套：將齒輪放置在帶孔的夾具襯套端面上，用手勁即可裝入齒輪軸。

④檢查：采用體視顯微鏡（倍率為15X）進(jìn)行檢查，齒輪端面無掉塊現(xiàn)象。

2.3.2 X4：No45磨端面

試驗一：磨削前齒輪軸與齒輪端面不平齊

對2.3.1中采用方案一壓套后的齒輪組件在數(shù)控磨床S21上進(jìn)行磨削試驗。

①測量：測量磨削前齒輪寬度5.985mm，齒輪軸與齒輪高度差約0.5mm。

②磨削試驗：砂輪轉(zhuǎn)速S=35m/s，工件轉(zhuǎn)速為211r/min，粗進(jìn)給速度F=0.35mm/min、半精進(jìn)給速度F=0.35mm/min、精進(jìn)給速度F=0.07mm/min。

③測量：測量磨削后齒輪寬度5.88～5.91mm，磨削余量0.075～0.105mm。

④檢查：采用體視顯微鏡（倍率為15X）進(jìn)行檢查，齒輪周邊存在輕微掉塊缺陷。

⑤復(fù)檢：放置17小時后再檢查，零件無異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。

⑥復(fù)試：繼續(xù)磨削去余量，至齒輪軸與齒輪端面平齊。

⑦檢查：采用體視顯微鏡（倍率15X）進(jìn)行檢查，齒輪周邊無掉塊缺陷。

試驗二：磨削前齒輪端面無掉塊平齊

采用2.3.1中方案二及自制夾具進(jìn)行壓套，采用體視顯微鏡（倍率15X）壓套后檢查齒輪端面無掉塊、平齊，進(jìn)行完45工序磨端面后，檢查無掉塊缺陷。

結(jié)論：

①壓套過程中參數(shù)選擇不合理，會產(chǎn)生掉塊缺陷。采用常溫壓套的方法，容易產(chǎn)生掉塊缺陷;采用加熱聚醚謎酮齒輪、冷卻齒輪軸的壓套方法，可避免掉塊缺陷的產(chǎn)生。

②當(dāng)壓套后齒輪軸與齒輪端面不平齊時，在磨削過程中，聚醚謎酮齒輪與齒輪軸未配合的部位受剪切力作用，易產(chǎn)生掉塊;當(dāng)齒輪軸與聚醚謎酮齒輪端面磨齊平后，聚醚謎酮齒輪不再受剪切力，在磨削過程中不會產(chǎn)生掉塊缺陷;當(dāng)壓套后齊平，可保證磨端面后平齊不掉塊。

3 ?故障機(jī)理

經(jīng)對故障件進(jìn)行外觀及冶金檢查，發(fā)現(xiàn)主動齒輪組件齒輪軸端面均低于齒輪端面，掉塊缺陷是由于受到應(yīng)力所致，見圖2?？傻贸霰敬锡X輪掉塊故障的機(jī)理如下：

①齒輪組件進(jìn)行10工序壓套時，齒輪軸與齒輪為緊度配合，齒輪用的材料為非金屬聚醚謎酮，此材料存在一定的脆性，常溫壓套過程是使用壓力機(jī)對齒輪軸的上端面施加一定的壓力，使其壓入非金屬齒輪內(nèi)孔，造成齒輪內(nèi)孔和齒輪軸端面的相交處產(chǎn)生掉塊缺陷。

②10工序壓套后若未保證工藝要求的齒輪軸與齒輪端面平齊，且不平齊的高度差大于磨端面的磨削余量，在齒輪軸端面與齒輪內(nèi)孔的接觸部位產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)行45工序磨端面時，非金屬齒輪凸出部位受剪切力，在磨削過程中靠近齒輪軸部位產(chǎn)生了掉塊缺陷。

4 ?改進(jìn)措施

①細(xì)化工藝文件的壓套工序，采用非金屬聚醚謎酮齒輪加熱、齒輪軸冷卻的壓套方法，并明確壓套參數(shù)。

②設(shè)計專用的壓套工裝，確保壓套后齒輪軸與齒輪端面齊平。

③細(xì)化壓套、檢驗工序檢查要求，明確使用體視顯微鏡在15倍率下檢查零件端面應(yīng)無掉塊現(xiàn)象。

5 ?結(jié)語

綜上所述，電解循環(huán)泵組件齒輪掉塊故障的根本原因是對聚醚謎酮非金屬材料的加工性能不了解，加工方法及參數(shù)不合理;間接原因是壓套時非金屬齒輪端面和齒輪軸端面未齊平，未達(dá)到圖紙要求，磨削端面時受應(yīng)力作用導(dǎo)致非金屬齒輪出現(xiàn)掉塊缺陷。根據(jù)分析出的故障缺陷原因制定出的改進(jìn)措施切實有效，經(jīng)驗證后故障不再出現(xiàn)。此次細(xì)化的工藝方法及參數(shù)為聚醚謎酮材料的加工提供了技術(shù)支持和參考。

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作者簡介：楊引鋒（1985-），女，陜西戶縣人，工程師，研究方向為航空發(fā)動機(jī)燃油附件齒輪件工藝技術(shù)研究。