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)。
參考文獻(xiàn)
[1] 張棟,鐘培道,陶春虎,等.失效分析[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2020:154-155.
[2] 丁惠麟,金榮芳.機(jī)械零件缺陷、失效分析與實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2020:266-277,323.
[3] 李茅坪.高速鋼電火花線切割加工白亮層的研究[J].電加工與模具,2020(3):36-38.
2711501705375