主动齿轮（共6篇）
主动齿轮 篇1
1 外套式薄壁主动齿轮
主动齿轮悬臂外套式安装是一种在铁道机车驱动装置上广泛采用的一种过盈联接方式, 如图1所示。该种联接方式结构简单、联接可靠[1], 但由于与电机轴过盈配合, 齿轮齿根处会产生较大拉应力, 如果在齿轮设计时忽略过盈配合的影响, 可能导致齿轮齿根强度不够, 在运用中发生断齿现象[2]。
因此, 在进行外套式薄壁主动齿轮设计时, 需综合考虑齿轮与电机轴的结合直径、结合长度和过盈量的选择, 既保证齿轮有效传递载荷又保证其强度满足使用要求。
下文以某型机车传动装置主动齿轮为例来分析研究外套式薄壁主动齿轮齿根弯曲强度。
2 齿轮结构及主要参数
图2为所研究齿轮的结构及外形尺寸, 齿轮内孔直径为d, 采用热胀法装配至电机轴上。齿轮材料采用18Cr Ni Mo7-6, 电机轴材料为42Cr Mo A, 齿形主要参数见表1。
3 过盈量的选取
齿轮与电机轴配合过盈量的选取与传递的电机扭矩、齿轮与电机的结合直径和结合长度等参数有关, 表2为过盈量计算相关参数。
根据GB/T 5371对齿轮和电机轴过盈量进行计算, 短路扭矩工况时, 计算出不同结合直径下最小过盈量与结合面压力, 见表3。
4 齿根弯曲强度的标准计算结果
根据表1齿形参数, 按GB/T 3480对齿轮齿根弯曲强度进行计算。以短路工况校核静强度, 以持续工况校核疲劳强度, 计算结果见表4。
5 齿根弯曲强度的有限元计算结果
5.1 有限元模型
利用UG软件建立齿轮和电机轴三维模型, 并将模型导入有限元分析软件ANSYS中, 利用ANSYS对模型划分单元格, 如图3所示。
边界条件:电机轴大端面施加全约束。
过盈联接:齿轮与电机轴之间设置过盈量。
载荷工况:齿轮载荷工况为空载、电机短路工况、持续工况、制动工况;电机扭矩通过齿轮啮合传递, 因此载荷施加在齿轮啮合线上, 啮合线取靠电机侧有效齿宽的80%。校核疲劳强度时, 载荷考虑齿轮使用系数KA、动载系数KV、齿向载荷分布系数KHβ、齿间载荷分布系数KHα和最小疲劳强度安全系数SFmin。
5.2 齿轮静强度校核
对齿轮与电机轴配合平均结合直径d为130 mm、120 mm、110 mm的模型分别进行计算, 齿根最大等效应力计算结果见表5。
计算结果表明, 不同结合直径的齿根弯曲静强度均满足要求, 但安全系数均低于按标准计算的值;空载时齿根最大等效应力已达307.8MPa, 在持续工况下, 过盈配合产生的应力成为主要因素之一。
5.3 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核
根据机车运行特点, 机车牵引和电制动时, 齿轮产生交变应力。对某一齿根区域, 有两个相邻轮齿, 与齿根同侧的轮齿齿面啮合时, 齿根区域受拉应力最大, 两个轮齿另一齿面啮合时, 齿根区域受压应力最大。
根据上述分析, 按持续工况和电制动工况对齿轮疲劳强度进行评估。持续工况载荷施加在一齿根同侧齿面上, 齿根区域各节点取第一主应力, 持续和电制动工况载荷施加在相同轮齿的另一齿面上, 齿根区域各节点取第三主应力。
疲劳强度评价中, 选取齿轮使用系数KA=1.5、动载系数KV=1.133、齿向载荷分布系数KHβ=1.211和齿间载荷分布系数KHα=1以及弯曲疲劳强度安全系数SFmin=1.6。
齿轮与电机轴不同的结合直径d和不同过盈量情况下的Goodman疲劳极限图分别见图4、图5和图6。
对结合直径d=130 mm时, 降低过盈量对齿根进行疲劳强度计算, δe=0.18 mm, Goodman疲劳极限图见图7。
疲劳强度评估表明, 齿轮与电机轴平均结合直径d=130mm, 过盈量为0.21 mm时, 齿根弯曲疲劳强度不满足要求, 但降低过盈量或减小平均结合直径d时, 齿根弯曲疲劳评估均能通过。
6 结语
外套式薄壁齿轮由于内孔与电机轴为过盈配合, 在齿根产生较大拉应力时, 对齿根弯曲疲劳强度有较大的影响, 因此, 校核齿轮强度特别是齿根弯曲强度时必须考虑齿轮与电机轴过盈量的影响。同时, 通过选择合理的齿轮与电机轴结合直径、结合长度、过盈量以及提高齿轮材料的疲劳强度, 可解决外套式薄壁齿轮齿根弯曲疲劳强度问题。
参考文献
[1]陈国胜.弹性架悬式驱动装置的研究[J].机车电传动, 2011 (1) .
[2]谢瑞刚, 刘昉.SDD1型机车牵引主动齿轮断裂原因分析及改进[J].内燃机车, 2009 (5) .
主动齿轮 篇2
准双曲面齿轮是汽车后桥主减速器总成中一个重要的保安件，在汽车的运行过程中既承受着不同的转矩、转速，同时承受车身、载货的重量，另外由于路况的变化，它还要承受各种复杂的交变应力，因此齿轮质量的好坏将直接影响汽车运行的安全。准双曲面齿轮中的主动齿轮毛坯常常与柄部或轴部做成整体的。如图1所示为一种轴型小齿轮毛坯，是汽车后桥中驱动齿轮的一种典型设计。此种齿轮轮坯的生产过程在汽车工业的大量生产中是高度专业化的，毛坯一般采用模锻件。
准双曲面主动齿轮毛坯锻件工艺现状
准双曲面主动齿轮毛坯传统胎模锻工艺已经不能满足对锻件产品近净成形的技术要求，到目前为止，在行业中已经进行了横扎、温挤、热挤、模锻及精密成形等相关方面的研究，但是材料的利用率偏低或者成形的工艺较多，成本较高。因此，采用新的工艺势在必行。
毛坯热挤压锻件工艺
(1)毛坯热挤压锻件工艺主要工序为：下料→加热→拉伸杆部成形→挤压大端成形，如图2、图3、图4所示。
(2)准双曲面主动齿轮毛坯热挤压锻件工艺模具工装如图5所示。
热挤压锻件变形过程
准双曲面主动齿轮毛坯热挤压大至可分为如下几个过程：
(1)将毛坯材料加热到金属结晶温度上某个适当的热锻温度范围内，即1100～1200℃。
(2)将材料填入上凹模，此时凸模开始挤压毛坯并将其挤至上下凹模内，同时在瞬间达到最大值。
(3)变换工位，此时上凹模向下运动，变形区高度逐渐减少，金属充满整个上下凹模区域。
(4)热挤压主动齿轮毛坯使坯料在三向不均匀压应力作用下从模具的孔口或缝隙挤出使之横断面减少，长度增加或缩短成形。
(5)热挤压主动齿轮毛坯使金属三向受压，晶粒及组织变细，致密度提高，微观缺陷减少，同时热挤压工艺还使紧属流线均匀分布，提高主动齿轮毛坯的力学性能。
热挤压成形工艺优点
(1)热挤压成形工艺是先进的金属压力加工方法之一，用这种方法加工的热挤压主动齿轮毛坯的压件，表面加工余量小，通常单边余量只有0.5～2.5m m，表面质量和尺寸精度很高。热挤压件的表面粗糙度值一般为Ra=3.2μm，尺寸精度可达到IT6到IT7级。
(2)热挤压成形工艺能有效降低操作者的劳动强度，提高劳动效率，另外也极大改善了工作现场的环境;同时热挤压是在压力机上进行的，很容易实现机械化和自动化。机床滑块1～2次的行程就可以生产一个挤压件，操作方便，容易掌握，生产效率比较高。
(3)热挤压成形工艺可提高力学性能。在热挤压的过程中，金属材料处于三向不等的压应力作用下，挤压变形后金属的晶粒组织更加致密，金属线不会被切割，成为沿着挤压件轮廓连续分布的金属流线，使挤压的强度大为提高，从而提供了用低强度钢替代高强度钢的可能。如图6所示为沿着挤压件轮廓连续分布的金属流线。
(4)减少工序，缩短生产周期。热挤压成形工艺是在闭式模具型腔中进行金属塑性变形得到挤压件的，没有飞边，故此不再需要切边等后续工序，从而降低生产成本。
热挤压成形工艺应注意几个问题
(1)热挤压温度热挤压温度为1100～1200℃，在这个温度范围内材料变形的流动性能最好，变形抗力低，因此容易成形。由于毛坯料金属的温度很高，从而对模具寿命有一定的影响。
(2)成形温度的控制热挤压前要将金属毛坯料加热到一定温度才可以进行热挤压。金属材料随着温度的升高，其强度极限逐渐降低，而其塑性指标将逐渐提高，加热温度越高，降低速度越快，成形力大小与强度极限成正比。所以为了降低成形力，减少能量的消耗，应在避免金属发生过烧的情况下尽可能地提高毛坯材料加热温度，也就是毛坯材料的始锻温度。
(3)热挤压成形工艺的润滑润滑剂的主要作用是降低挤压过程中模具和工件间的摩擦以及工件对模具的热传导。在金属变形中，选择合适的润滑剂可以有效降低变形与模具表面的摩擦和变形抗力，有利于变形金属充满模腔，减少模具的磨损和断裂的危险。防止毛坯料将热量传递给模具，可以避免毛坯料迅速变冷和模具迅速升温，起到热绝缘的作用，有利于保证表面粗糙度和热挤压件顺利脱模。因此热挤压要求润滑剂既要有良好的热绝缘性、残渣少，同时对锻件和模腔表面无氧化腐蚀，具有稳定性等优点。
(4)材料的选择在进行工艺设计时需要充分考虑模具受力条件和温度条件，务必保证模具的强度、硬度及韧性都达到设计要求，因此对热挤压模具所使用材料的选择就要求有良好的室温强韧性，此外还应具有一系列的高温性能、热稳定性、热疲劳抗力和热熔损性能。目前在热挤压工艺中模具常用的材料一般有3C r2W8V、4C r5M o S i V (H11) 、5C r M n M o、5C r N i M o、4Cr5MoSiV1 (H13) 等。
(5)成形设备的特点由于毛坯料的温度对于热挤压成形影响很大，因此应尽量减少挤压成形时间，以防止毛坯料在模具中冷却和因模具长时间接触高温毛坯料而发生塑性变形。因此为了提高工作效率，降低成形力及锻件顺利成形，要尽量提高滑块的运动速度，并缩短空行程时间，所以对变形期间的工作速度有很高的要求，一般至少为40～60mm/s。
结语
在毛坯成形过程中，由于是采用密闭型腔成形，因此对模具的体积，坯料的大小、重量计算要精确，以及对坯料的加热温度及加热时间要控制好(避免产生过量氧化皮而影响毛坯的尺寸精度)。
主动齿轮 篇3
齿轮材料及技术要求
1.齿轮及其材料
主动齿轮 (见图1) 模数11.131mm, 采用国产22Cr Mo H钢制造, 其材料化学成分要求执行GB/T5216—2007《保证淬透性结构钢》标准, 材料淬透性能要求J15=36~42HRC。
2.技术要求
主动齿轮渗碳淬火有效硬化层深度要求为1.70~2.10mm;金相组织为碳化物1~5级, 马氏体、残余奥氏体1~5级, 心部铁素体1~3级, 表面非马氏体层深≤0.02mm;齿轮表面与心部硬度要求分别为58~64HRC和30~40HRC。
热处理设备与工艺
主动齿轮渗碳、淬火和回火设备采用LS15型双排连续式气体渗碳自动生产线。
热处理工艺路线为:70~80℃清洗→450~500℃预处理→880~890℃预热 (1区) →910~920℃预渗碳 (2区) →925~930℃渗碳 (3区) →890~910℃扩散 (4区) →840~850℃预冷淬火 (5区) →70~80℃清洗→180℃×6h回火→30min抛丸清理→卡簧槽退火处理→校直→交检。
主动齿轮热处理采用氮-甲醇渗碳工艺 (见图2) , 生产节拍为40min。
检验
(1) 检验标准失效汽车齿轮检查按QC/T 262—1999《汽车渗碳齿轮金相检验》及GB/T 8539—2000《齿轮材料及热处理质量检验的一般规定》等标准进行。
(2) 检验设备失效齿轮金相观察采用GX51型日本奥林巴斯金相显微镜, 渗碳淬火有效硬化层测量采用MH-6型维氏硬度仪。
(3) 宏观检查失效主动齿轮宏观形貌如图3所示。通过观察图3发现, 失效齿轮倒车面 (包括常啮合工作面) 基本为正常使用的光滑状态, 无早期磨损、点蚀等特征, 但个别轮齿齿角出现开裂情况, 失效部位均位于倒车面齿顶上, 且为深层硬化层剥落。
(4) 化学成分分析失效主动齿轮化学检验结果符合22Cr Mo钢技术要求, 具体见表1。
(5) 金相检验将失效齿轮采用线切割方法制取试样。失效主动齿轮金相检验结果见表2。通过表2可以看出, 检验结果均符合技术要求。
检验失效齿轮过渡区金相组织如图4所示, 失效齿轮过渡区马氏体组织粗大。
(6) 硬度检测失效主动齿轮表面与心部硬度分别为60HRC和39.6HRC, 检测结果符合产品技术要求。
(7) 硬度梯度检测表3为失效主动齿轮的 (有效硬化层深度范围内) 硬度梯度检测结果, 从表面至心部硬度降 (ΔEHt) 基本符合要求。图5为失效主动齿轮硬度梯度曲线。通过图5可以看出, 失效主动齿轮硬度梯度曲线基本平缓。
原因分析与对策
1.齿轮装配及使用问题
(1) 原因分析齿轮副安装总成 (即差减总成) 简图如图6所示。通过主动齿轮失效分析来看, 失效部位位于齿顶处, 说明失效齿轮在装配及使用过程中存在问题, 分析如下:
1) 齿轮副安装不良, 齿顶端部接触应力集中而造成脆性开裂;或者差减壳干涉, 引起齿轮开裂。
2) 主动齿轮用锁紧螺母松动, 导致主动齿轮非常规窜动, 使轮齿接触不正常 (如接触区偏向齿顶) , 局部载荷过大而引起开裂。
3) 齿轮工作时因轴承破碎, 轴承滚柱或碎块掉入差减壳内, 进入齿轮啮合处引起个别轮齿齿顶打齿。
(2) 对策派遣售后服务技术人员到用户现场指导正确安装、调试和使用齿轮, 包括正确使用准双曲线润滑油等, 并重点注意以下事项:
1.差减壳2.从动弧齿锥齿轮3.轴承滚柱4.锁紧螺母5.主动弧齿锥齿轮
1) 按照齿轮差减总成装配要求, 仔细进行装配, 例如合理调整齿轮副接触区及齿轮副间隙, 按要求锁紧螺母。
2) 在齿轮差减总成装配时, 严格保证轴承质量, 采用正规大厂生产的合格轴承。
3) 在新安装齿轮副跑合期间应按规定时间更换新油, 以防在跑合期间有金属碎屑等进入齿轮啮合区, 同时检查齿轮副接触印痕及齿轮副间隙是否有较大的变化, 并检查主动齿轮锁紧螺母有无松动等情况, 发现问题应及时处理。
2.齿轮制造问题
(1) 原因分析齿轮材料本身缺陷 (如淬透性过低) , 出现心部硬度过低, 易造成硬化层剥落。但从失效主动齿轮心部硬度检测来看, 心部硬度合格, 技术要求心部硬度30~40HRC, 实测39.6HRC, 故材料淬透性没有问题。
热处理不当, 表面硬化层不合格 (如有效硬化层浅) 、过渡区组织与性能变化大, 将降低材料强度, 或过渡区硬度变化大, 导致应力变化不均, 造成深层硬化层剥落。
从对失效主动齿轮硬度梯度检测结果来看, 属于合格, 说明在有效硬化层内硬度平缓过渡。但过渡区马氏体组织粗大时, 在齿轮工作过程中, 过渡区金属在高接触应力作用下, 容易诱发显微裂纹产生, 在过渡区先形成“皮下裂纹”, 再发展到表面而造成深层剥落。
(2) 对策在主动齿轮热处理过程中, 通过合理调整渗碳工艺参数 (如合理调整碳势Cp) , 以降低过渡区马氏体级别。
3.效果
采取以上措施后, 由于提高了产品热处理质量, 以及指导用户正确安装、调试及使用齿轮等, 从而有效地降低了主动齿轮的返货率。
结语
通过主动齿轮失效分析, 失效部位位于齿顶处, 说明失效齿轮在装配及使用过程中存在问题。同时, 因热处理质量存在一定问题, 过渡区马氏体粗大, 在齿轮使用过程中, 容易产生显微裂纹, 增加了主动齿轮脆性, 故加速了主动齿轮失效。
通过正确安装、调试和使用齿轮, 以及改进主动齿轮渗碳热处理工艺, 降低齿轮过渡区马氏体级别, 提高其过渡区强度, 可有效解决主动齿轮齿顶开裂问题, 从而降低齿轮返货率。
主动齿轮 篇4
主减速比i0=5.73的STR系列重型双驱动桥的汽车中主减速器属于贯通式双级主减速器(见图1),采用一对圆柱齿轮副和一对格里森弧齿螺旋锥齿轮副结构。其主动螺旋锥齿轮2的支承为悬臂式,且圆柱滚子轴承3仅承受径向力,圆锥滚子轴承7(2盘31311)承受径向力和轴向力。而后主减速器属于非贯通式双级主减速器(见图2),采用与中主减速器相同的一对格里森弧齿螺旋锥齿轮副结构;其主动螺旋锥齿轮6的支承亦为悬臂式,且圆锥滚子轴承5(32315)、7(30312)同时承受径向力和轴向力。
汽车使用过程中,常发生主动锥轮轮齿损坏及其支承轴承破损的故障,这直接影响到汽车的正常运转;且中主减速器主动锥齿轮轮齿损坏情况比后主减速器的多。为此,非常有必要对中、后主减速器主动锥齿轮的强度和支承轴承所承受的载荷进行综合分析,以查找故障的原因,并解决之。
2 主动锥齿轮的强度分析
2.1 主动锥齿轮计算载荷的确定
贯通式驱动桥组成的传动系是一个多质量的弹性扭转振动系统,其载荷随汽车使用工况的不同而多变,准确计算格里森制主动弧齿锥齿轮的动载荷较困难。鉴于该类型汽车长时间处于高负荷低转速条件下工作,通常选择发动机最大转矩Temax,配以传动系最低档传动比时和驱动车轮在良好路面上开始滑转时分别作用在从动锥齿轮上的转矩Tje、Tjφ中较小者,作为主减速比i0=5.73的STR系列重型双驱动桥汽车的主减速器从动弧齿锥齿轮强度分析的计算载荷Tc=[Tje,Tjφ]min;再根据该对弧齿锥齿轮副的减速比(主、从动锥齿轮齿数z1=28、z2=17)及其传动效率ηz-c=0.95,推算出主动锥齿轮的计算载荷。结合,Tjφ=G2rrφic-Lηc-L(φ=0.85),Temax=9.55×106Pn,驱动后桥iT-c=iz-c、iz-cic-L=i0=5.73、ηz-cηc-L=η0、ηT-c=ηz-c=0.95和驱动中桥;得到驱动中、后桥主减速器内主动锥齿轮的计算载荷
1.轮间差速器2、14.主、从动圆锥齿轮3.圆柱滚子轴承4、11.被动、主动圆柱齿轮5.隔套6.轴承座7.圆锥滚子轴承8.凸缘螺母及开口销9.凸缘总成10.轴间差速器12.深沟球轴承13.空心轴
1.轴承瓦盖2,5,7.圆锥滚子轴承3.轮间差速器4,6.从、主动圆锥齿轮8.凸缘螺母及开口销9.凸缘总成
2.2 单位齿长上的圆周力
主减速比i0=5.73的STR系列重型双驱动桥汽车的主减速器主动锥齿轮齿轮的表面耐磨性,常用其单位齿长上的圆周力p来估算;当齿轮大端分度圆直径d1=176.072和齿轮齿面宽度b=0.155d1时,驱动中、后桥主动锥齿轮单位齿长上的圆周力
2.3 轮齿的齿根弯曲应力
在端面模数Km=1.25和Kv=1时,中、后主减速器内格里森制主动弧齿锥齿轮的轮齿弯曲应力为
2.4 轮齿的齿面接触强度
在Cp=232.6N1/2/mm和Kf=1时,中、后主减内格里森制主动弧齿锥齿轮的齿面接触应力为
3 主动锥齿轮的轴承载荷分析
锥齿轮啮合齿面上作用的法向力可分解为沿齿轮切线方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。
3.1 齿宽中点处的圆周力
在主动锥齿轮齿宽中点处得分度圆直径dm=d1-bsinβ和中点螺旋角β=35°时,作用在中、后主减速器内主动锥齿轮齿宽中点处的圆周力为
3.2 锥齿轮的轴向力和径向力
当齿廓表面法向压力角α=22.5°和节锥角γ=90°-arctanz2z1时,中主减速器内格里森制右旋逆时针转和后主减速器内左旋顺时针转主动弧齿锥齿轮上的轴向力F1az、F2az和径向力F1rz、F2rz分别为
3.3 锥齿轮轴承的载荷
当a1=149、a2=154、b1=30和b2=30时,图1中圆锥滚子轴承7承受的径向力和轴向力分别为、轴向力,图1中圆柱滚子轴承3仅承受径向力;图2中圆锥滚子轴承7承受的径向力和轴向力分别为、轴向力,图2中圆锥滚子轴承3仅承受径向力。
4 结论
在上述主动锥齿轮的强度分析和轴承载荷分析过程中,驱动中、后桥主减速器内涉及的有关力,均用和的倍数来表示。因iT-z=1、ηT-z=0.85～0.95则iT-zηT-z=0.85～0.95,故;且在不接入轴间差速器的情况下,不论最低档时发动机最大转矩还是驱动车轮刚好在良好路面上滑转的工况,均有如下推论:
(1)中主减速器主动锥齿轮上的计算载荷Tz比后主减速器的小1-iT-zηT-z=5%～15%。
(2)中主减速器主动锥齿轮单位齿长上的圆周力p比后主减速器的小1-iT-zηT-z=5%～15%圯中主减主动锥齿轮轮齿比后主减速器的耐磨;且在齿根弯曲应力和接触应力综合系数J1=J2、Jj1=Jj2时,其齿根的弯曲应力δw和齿面接触应力σj也比后主减速器的小1-iT-zηT-z=5%～15%。
(3)作用在中主减速器主动锥齿轮齿宽中点处的圆周力F和轮齿上的轴向力Faz、径向力Frz均比后主减速器的小1-iT-zηT-z=5%～15%。
(4)中主减速器主动锥齿轮的远端支承轴承所承受的轴向力Fa1、径向力Fr1及近端支承轴承所承受的径向力Fr2均比后主减速器的近似小1-iT-zηT-z=5%～15%。
(5)载荷作用不是中主减速器主动锥齿轮轮齿损坏的主要原因。
结合主动螺旋锥齿轮的热处理加工和主减速器装配环节、润滑状况以及运用过程中故障表象等,得出中主减速器主动螺旋锥齿轮损坏故障率高的真正原因是装配过程中齿面接触区的调整不当致使载荷集中于齿面边缘造成的。
5 改进建议
主动齿轮 篇5
在车桥装配及使用过程中,主动锥齿轮尾部出现几例掉头的现象,前几例均是渗碳淬火后螺纹未经感应退火处理或是渗碳淬火时漏涂防渗剂,局部硬度过高,在螺纹对缺口比较敏感情况下发生掉头,而此次发生断裂的原因是不是也是这样?下面就主动轮掉头的具体原因进行分析。
2、失效概况
拆检发现断裂发生在主动锥齿轮尾部螺纹第2—3螺扣处,呈现多源疲劳特征,并且断裂面发生锈蚀,如图1、图2所示。开口销仍然在螺栓插孔内。
与主锥后端轴承(30312)接触的输入凸缘端面磨损严重,磨损量1.14mm,其内部矩形花键两侧面也已明显磨损、翻边,如图3。凸缘螺母及凸缘平面磨损不明显,凸缘平面加工刀痕清晰可见,如图5。
主锥尾部安装30312轴承轴颈、调整垫片及主锥端面、与凸缘配合的主锥花键均发生磨损;轴承滚珠、保持架、内圈未见剥落、烧伤、变形等明显损坏,轴承内圈表面可见金属粘着后材料转移的痕迹,其与凸缘接触的端面可见轻微磨损,用手可以轻松的将轴承套在轴颈处,并可以转动和移动,如图6、图7。
3、失效原因分析
3.1主动圆锥齿轮分析
对断裂的主动轮尾部螺纹处进行金相、硬度分析,结果如下:
金相可见螺纹牙及其附近在渗碳淬火后经过感应退火处理,组织为回火屈氏体,硬度检验结果为:
螺纹牙节圆处:411.9(43.0) 417.6(43.5)
400.9(42.1) HV0.3(HRC)
螺纹牙牙顶处:411.9(43.0) 396.7(41.8)
392.5(41.4) HV0.3(HRC)
螺纹牙根处:366.7(38.9) 380.2(40.3)
383.2(40.6) HV0.3(HRC)
心部硬度为:93.3(30.6) 301.6(31.6) 316.1(33.5)
HV0.3(HRC)
技术要求:螺纹牙感应退火后硬度为28-43HRC,可见检验结果符合技术要求,说明主动轮自身材质及热处理符合技术要求,不是造成其断裂的主要原因。
3.2 其他件及配合尺寸的分析
通过对失效件的宏观观察,考虑从以下几个方面进行原因分析:
3.2.1 凸缘
对磨损的凸缘进行理化分析,结果如表1。
可知,凸缘基体未经过调质处理,不符合技术要求。
对比图纸技术要求,此件凸缘感应淬火区域如图8所示,硬化层深仅延伸至端面附近的倒角处,与图纸要求淬硬至端面的技术要求不一致,如图9所示。
3.2.2 主锥端面近表面硬度及组织分析结果
未磨损处近表面硬度:730.3 (60.7),
727.7 (60.6),712.1 (60.0) HV0.3(HRC);
磨损处近表面硬度:659.2 (57.8),
652.5 (57.8),637.1 (56.8) HV0.3(HRC);
表面马氏体评级:4级;残余奥氏体评级:3级;
有效硬化层深:1.15mm。
可见,主锥安装30312轴承处符合技术要求。
3.2.3主锥压装30312轴承处轴颈测量结果
未磨损处轴颈:Φ600,Φ60-0.005;
磨损处轴颈:Φ60-0.01,Φ60-0.01;
图纸要求为:Φ60+0.021+0.002;
可见,主锥尾部轴颈磨量过大,不符合技术
要求。同时30312轴承内孔尺寸为Φ60+0.02,
内部可见明显材料转移现象,尺寸增大。
4、结论
基于以上分析,可以得出以下结论:
4.1凸缘不符合技术要求,但不是造成凸缘严重磨损的直接原因;
4.2 主动锥齿轮安装30312轴承处轴颈尺寸不符合技术要求,在使用中首先轴承内圈滑转磨损,而且导致凸缘端面也发生磨损,进而装配松动、花键侧面磨损、端面密封作用失效,其结果使得凸缘螺母连接发生松旷,导致主锥尾部螺纹处最终发生腐蚀疲劳现象,这是失效的主要原因。
参考文献
[1]朱连光STR重型汽车主动锥齿轮局部软化工艺与研究北京:金属热处理2005
[2]金荣植主动圆锥齿轮尾部螺纹热处理工艺的研究长春:汽车工艺与材料2005
主动齿轮 篇6
1 现状调查及不合格因素分析
对2004年11月～2005年1月期间DF4主动齿轮的磨平面加工情况的统计结果见图1所示, 齿轮磨平面的平均不合格率为29.7%, 其中, 磨削裂纹因素占总不合格的64.43%, 磨削烧伤因素占总不合格的31.73%, 粗糙度不合格占总不合格的1.92%, 产品划、碰伤分别占总不合格的1.92%。磨削裂纹和磨削烧伤占总不合格率的96.16% (累计频率) , 必须对此两项主要因素进行末端原因确认分析, 改进优化工艺参数, 使总不合格率降到10%以内。
经过多次分析、讨论, 汇总出11个末端原因, 并分别对其进行实验确认。表1为磨削裂纹、烧伤末端原因确认分工计划表及结果。针对产生的要因制定的相应措施见表2所示。
2 对策实施
2.1 更换不同硬度粒度的砂轮
由于DF4主动齿轮为渗碳淬火齿轮, 渗碳钢硬度高, 磨削时砂粒易钝化, 为了避免砂粒钝化而产生大量磨削热, 砂轮硬度宜选软一些, 以便磨钝的砂粒及时脱落, 保持砂轮的自锐性, 且宜选择组织较软的大气孔砂轮, 这样可以容纳切屑, 避免砂轮堵塞, 又可将磨削液或空气带入磨削区域, 从而使磨削区域温度降低。但是软砂轮在磨削过程中, 砂轮磨损较快会影响磨削精度, 有时还会发生让刀的情况。砂轮粒度越小, 在单位面积内同时参加磨削的磨粒就越多, 相应切削力和磨削热量就越大, 容易磨裂。实践证明, 选择砂轮粒度的原则是, 在保证加工工艺要求的情况下, 粒度越大越好, 为此选择砂轮硬度K、J、G, 粒度各为36、46的砂轮做试验。综合考虑效率与质量, 最终选择粒度为46#、硬度为J的大气孔砂轮。
2.2 加大冷却力度
对冷却液流量以旋转龙头半圈为单位进行量化, 以便实验。分别以半圈、一圈、一圈半进行实验时, 发现一圈与半圈相差很大, 而一圈半与一圈基本不变。考虑到成本及质量, 最终选择一圈的量。
2.3 完善管理及考核办法
(1) 建立工序质量控制点, 把齿轮的加工工序分为两类:一般工序和关键工序, 把磨平面工序作为关键工序控制。在加强一般工序质量控制的同时, 对关键工序进行重点控制, 编制了详细的作业指导书, 明确了相应的监控方式。
(2) 采用产品记录卡控制齿轮的工序流转, 要求操作人员严格遵守工艺纪律, 认真自检, 做好原始记录, 设计检验人员严格按照工艺文件和工序记录卡进行监督检查, 并做好检查记录, 减少不合格品的产生。
(3) 定期召开质量分析会, 将产品质量与考核挂钩。
3 效果
对各对策的实施情况进行了逐项验证, 检查是否达到目标要求。检查结果表明磨削裂纹和烧伤平均不合格率由31.5%降为6.1%。通过对主要影响因素的控制, 有效地减少了齿轮磨平面加工的不合格率, 从而达到了目标要求。
上述各对策实施后, QC小组成员对巩固期内的质量情况进行了统计, 并与目标值进行比对 (见图2、图3) , 合格率达到了95.5%。