馮罡

摘 ?要：隨著經(jīng)濟(jì)和各行各業(yè)的快速發(fā)展，行星齒輪減速機(jī)作為輥壓機(jī)的主要備件有不可替代的作用。行星齒輪減速機(jī)具有重量輕、體積小、傳動(dòng)比范圍大、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到生產(chǎn)效率的高低，軸承或齒輪一旦損壞將對(duì)生產(chǎn)線的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生重大影響，做好行星齒輪減速機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)是輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)保障。本文對(duì)行星齒輪減速機(jī)在使用和運(yùn)行中的使用技巧進(jìn)行探討，以延長(zhǎng)其服役周期，減少故障率。

關(guān)鍵詞：斷齒;混晶;組織粗大;失效分析

引言

立磨行星齒輪主減速機(jī)是立磨運(yùn)行的核心設(shè)備，巡檢發(fā)現(xiàn)一運(yùn)行2000h的JLP330B行星齒輪減速機(jī)出現(xiàn)的偏載問題，分析減速機(jī)的二級(jí)平行斜齒輪副嚙合出現(xiàn)問題，分步驟排查出減速機(jī)的二級(jí)傳動(dòng)部位，主動(dòng)平行斜齒軸軸系和從動(dòng)斜齒軸軸系中心線不平行，成功排除故障。

1減速箱崩齒原因

綜上，初步分析確定引發(fā)減速箱崩齒故障的原因如下：（1）該高速軸齒輪在設(shè)計(jì)時(shí)采用了齒、軸分離設(shè)計(jì)，且采用單鍵連接，在加工時(shí)也未過渡，造成齒輪與軸在傳動(dòng)過程中在鍵槽位置應(yīng)力集中。（2）齒輪體未能有較好的熱處理，其齒體內(nèi)圈硬度過大，承受沖擊能力較差。（3）在設(shè)備選型時(shí)，選取的安全系數(shù)十分低，滾筒所需扭矩與減速箱額定扭矩基本一致，在皮帶機(jī)超負(fù)荷啟動(dòng)或者長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)導(dǎo)致減速箱高溫運(yùn)行過程中，造成超過減速箱額定扭矩的情況。

2斷口形貌

（1）宏觀形貌該行星齒輪的失效形式主要為一個(gè)輪齒沿著齒根完全斷裂，另外在斷裂輪齒附近有兩輪齒的齒頂出現(xiàn)小塊崩裂現(xiàn)象，這可能是斷裂輪齒失效后擠壓碰撞造成的。其余輪齒表面均完好，接觸區(qū)磨損正常，沒有明顯的機(jī)械加工缺陷。檢查齒面、齒根，未發(fā)現(xiàn)明顯的機(jī)械加工缺陷，齒根未見凸臺(tái)，齒部表面粗糙度符合技術(shù)要求。（2）斷口形貌特征及斷裂模式經(jīng)觀察，失效輪齒沿齒根部脆斷，斷口宏觀上沒有裂紋源，斷口附近無(wú)明顯的變形，斷面結(jié)構(gòu)較粗，由此可見，該斷裂模式為一次性快速斷裂，而非疲勞斷裂。

3行星齒輪減速機(jī)的處理方法

3.1齒輪軸選型及齒輪硬度分析

減速箱齒輪嚙合過程中，既有滾動(dòng)又有滑動(dòng)，齒面承受高接觸應(yīng)力，齒根承受高彎曲應(yīng)力，這就要求制作齒輪的材料需要同時(shí)具備兩種特性：一是齒輪表面具有足夠的硬度，二是齒輪芯部要有足夠的強(qiáng)度和韌性。一般而言，高負(fù)載齒輪的制作多采用鍛鋼作為胚料，按照齒坯處理方法和切齒工藝，制造齒輪的鋼材及熱處理方法分為2大類：（1）齒面硬度HB≤350，用中碳鋼45號(hào)鋼、50號(hào)鋼或中碳合金鋼40Gr、40MnB、35SiMn等進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，終切齒可在熱處理后進(jìn)行。調(diào)質(zhì)后硬度不高（HB=220～250），材料的綜合性能（機(jī)械強(qiáng)度和沖右韌性等）比較好，適用于低速、中速和中等平穩(wěn)載荷下工作。（2）齒面硬度HB≥350，用中碳鋼和中碳合金鋼進(jìn)行表面淬火（齒面硬度HRG=50～55），或者用低碳鋼和低碳合金鋼進(jìn)行表面摻碳淬火處理（齒面硬度HRG=58～63）。處理后齒面硬度高，齒芯韌性好，承載能力強(qiáng)，耐沖擊，但加工難度大、成本高。采用硬度儀對(duì)齒輪表面以及內(nèi)圈鍵槽位置進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試，平均數(shù)據(jù)分別是HRC45和HRC43，內(nèi)外硬度基本一致。

3.2傳動(dòng)部位主動(dòng)斜齒軸及從動(dòng)齒輪的齒面嚙合

由于減速機(jī)二級(jí)傳動(dòng)處主動(dòng)斜齒輪和從動(dòng)齒輪的齒面嚙合區(qū)域偏齒面的下半部分，嚙合區(qū)域分散不集中，齒面嚙合接觸斑點(diǎn)在齒面的長(zhǎng)度方向上占比小于40%，正常齒面嚙合接觸斑點(diǎn)在齒面的長(zhǎng)度方向上占比不低于70%，由此得出齒面嚙合已出現(xiàn)問題。當(dāng)前首要工作是對(duì)主動(dòng)和從動(dòng)斜齒輪副齒面的嚙合情況進(jìn)行有效調(diào)整，所以考慮在減速機(jī)腔體內(nèi)部將主動(dòng)斜齒輪軸頂部調(diào)整墊片拆出，重新調(diào)整墊片的尺寸，從而使二級(jí)傳動(dòng)部位主動(dòng)斜齒軸及從動(dòng)齒輪的相對(duì)位置發(fā)生變化，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)二級(jí)平行斜齒輪副的齒面嚙合發(fā)生變化。但是現(xiàn)實(shí)條件下，在減速機(jī)箱體內(nèi)部，受減速機(jī)內(nèi)部腔體空間設(shè)計(jì)限制，整個(gè)調(diào)整墊片的緊固螺栓無(wú)法拆卸，此方案未能成功實(shí)施。

3.3熱處理質(zhì)量

失效行星齒輪的表面熱處理質(zhì)量較好，沒有異常。但是次表面和心部馬氏體組織局部較粗大，馬氏體針較長(zhǎng)，馬氏體粗大容易在次生及初生馬氏體間形成微裂紋，降低表面沖擊韌度。齒輪次表面及心部實(shí)際晶粒度為2.0-9.5級(jí)，出現(xiàn)混晶，這與局部馬氏體粗大相符。混晶的存在大大降低了齒輪的強(qiáng)韌性，一旦遇到強(qiáng)烈沖擊，將出現(xiàn)瞬時(shí)斷裂，從而使齒輪早期失效。為了尋找混晶產(chǎn)生的原因，先將斷齒混晶試塊進(jìn)行860℃保溫2h后空冷，正火后得到的組織為較均勻的鐵素體+珠光體的平衡組織;然后加熱到930℃保溫5h水淬，用飽和苦味酸水溶液腐蝕后晶粒度8.5級(jí)，說明鋼錠為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。由此說明，混晶的產(chǎn)生是因鋼錠鍛造完成后未進(jìn)行細(xì)化晶粒的正火或正火不充分導(dǎo)致產(chǎn)品熱處理后組織遺傳而造成的。鍛造后正火可細(xì)化晶粒，獲得比較均勻的組織和性能，不僅可為后續(xù)熱處理工藝提供適宜的組織狀態(tài)，還可消除粗大組織等某些熱處理缺陷。因此，為了改善金屬材料的切削加工性能、熱處理工藝性能，消除某些缺陷，建議進(jìn)行充分適宜的正火處理。

3.4日常維護(hù)的重點(diǎn)和監(jiān)控方法

輥壓機(jī)行星減速機(jī)日常維護(hù)、定期保養(yǎng)和損壞的早期發(fā)現(xiàn)非常重要，制定日常維護(hù)制度，定期請(qǐng)專業(yè)維護(hù)單位進(jìn)行保養(yǎng)。每周兩次觀察減速機(jī)海底磁力棒螺栓和稀油站回油處是否有金屬鐵屑和粉末，一旦發(fā)現(xiàn)油路中有金屬鐵屑和粉末而且連續(xù)觀察還呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，則該減速機(jī)需立即停機(jī)檢查，排除軸承和齒輪故障。一旦減速機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)和異響，需馬上停機(jī)檢查減速機(jī)內(nèi)部是否出現(xiàn)故障，未經(jīng)過故障復(fù)核不得再次開機(jī)，以免造成重大設(shè)備故障。輥壓機(jī)行星減速機(jī)測(cè)溫處一般設(shè)置在高速軸處，一旦減速機(jī)高速軸處出現(xiàn)高溫需檢查進(jìn)油量大小、潤(rùn)滑過濾器是否堵塞和減速機(jī)與電動(dòng)機(jī)同軸性、萬(wàn)向聯(lián)軸器振動(dòng)及是否存在軸承跑外圈、軸承游隙過大過小等問題。建立完備的有關(guān)設(shè)備的安裝、操作使用、維護(hù)、備品備件、零部件和維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，可以及時(shí)調(diào)閱設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)查詢?cè)O(shè)備及故障部件的型號(hào)規(guī)格參數(shù)以及庫(kù)存情況，可在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)設(shè)備部件進(jìn)行更換及故障修復(fù)。在設(shè)備的生命周期內(nèi)所有改變的數(shù)據(jù)精心準(zhǔn)確記錄，并且可以查詢，包括文檔、圖像、維護(hù)人員、更新配件的數(shù)量和型號(hào)等。

結(jié)語(yǔ)

為保障立磨行星齒輪減速機(jī)的安全無(wú)故障運(yùn)行，我們實(shí)施了上述一系列措施，整個(gè)過程從發(fā)現(xiàn)問題、逐項(xiàng)排查原因到找到問題源頭，最終到解決問題，經(jīng)歷了諸多的變數(shù)和考驗(yàn)。同時(shí)我們對(duì)立磨行星齒輪減速機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)有了更加深層次的理解，逐步掌握了立磨減速機(jī)高速軸軸向間隙測(cè)定、螺旋傘齒副嚙合側(cè)隙測(cè)量、平行斜齒輪副齒面嚙合調(diào)整等裝配技術(shù)方法，為日后分析處理立磨行星減速機(jī)故障打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。減速箱的崩齒故障，列舉出有可能引起減速箱崩齒損壞的因素并逐一進(jìn)行論證與分析，最后得出引發(fā)減速箱崩齒的可能原因?yàn)檩S鍵設(shè)計(jì)存在應(yīng)力集中及齒輪體熱處理不當(dāng)。

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