杨贺

（大庆多田野进口吊车大修厂，黑龙江 大庆 163000）

1 试验方法

动力单元和运行执行单元之间的传递部分是传递箱。该传输盒具有传输功率高、传输速率高、结构紧凑等优点。分动箱广泛应用于起重机、挖掘机、装载机、推土机等工程设备中，具有广泛的应用前景。齿轮在动力系统中是重要的组成部分，一旦分动箱出现故障；会使整个传动系统的传递效率降低，设备的作业性能也降低，有时还会出现更严重的后果，就是整个动力传动路径崩塌，设备无法进行工作，甚至可能会造成比较严重的工作事故。以下对分动箱内齿轮出现的失效形式进行了研究和分析，以40CrMn齿轮为例，将40CrMn齿轮的原料、表面硬度、金相组织都分别进行了检测。针对出现的问题，提出相应的解决方式，并进行实验验证，以期为同类型分动箱设计提供一定的参考。

（1）传动系统组成。移动起重机的运行机理主要由吊装、伸缩、振幅变化、旋转等几个部分组成。起重机工作时，利用传递箱对各执行机构进行合理、公平的分配，从而实现吊装作业的运行要求。机械液压传动系统，采用开放式系统和封闭式系统，小型载重汽车起重机通常采用换向阀控制的开放系统，这样做的目的是满足前后运动和制动的要求，重量级的起重机一般采用的是封闭式系统，而封闭式系统是靠双向变量液压泵来改变液压油在油道中的位置和流动方向，这样可以使变频器快速实现转变，达到起重机所需要的条件。这个控制方式体现出液压传动的特点。起重机转箱采用的传动结构为封闭式齿轮传动。为了应用整个系统，选择单输入和三轴输出。传输箱的输入轴是通过将通用传动轴与电源单元连接而形成的。传输箱中的齿轮进行转动，通过这个转动将电源转送到三个液压泵组上，这三个液压泵组是由三输出轴进行连接的，液压系统接收控制器的命令进行系统驱动，然后完成相关的后续工作，为起重作业的完成提供了一个位置。所需的功率是整个传输系统的传输路径。起重机由液压动力驱动，配备各种液压装置。因此，如果不严格遵守操作和维护规则，不仅不可能充分发挥其应有的性能，而且还要缩短机器零件的使用寿命。因此，在进行这项工作时，我们必须遵守下列事项，每一次每隔一年（或工作满2000小时）更换所有液压油（如果油没有变质，可以适当延长换油周期）。当起重机在特别恶劣的环境下运行时，应相应缩短换油周期。液压系统的各种阀在出厂前都经过了充分的测试，压力和流量都经过了调整。

（2）齿轮失效原因的检测。要想保证齿轮产品的质量和性能，就需要保证齿轮的检测这个环节，可以说这个环节是核心部分，在产品验收时需要这个环节作为前提，检测的结果也可以反映出产品质量是否合格。在实验中表现出分动箱在使用一百小时前后时会出现异常的响声。测试的结果表明，当发动机的转速达到700r/min，且液压系统中处于空载的情况下，分动箱此时产生的异常噪声的值为120dB(A)，而正常工作时的噪声值为108dB(A)，明显比正常噪声的值高，也就说明此时起重机存在一定的故障。需要及时安排工作人员进行相关检测，并进行一定的维修工作。检测齿轮失效的原因可以从两方面着手，分别是对齿轮轮齿的检测和润滑系统的分析。

齿轮轮齿检测中，需要对齿轮的材料、硬度、金相组织分别进行检测，根据检测结果推测齿轮不能工作的原因。根据试验结果，推断了该齿轮不能工作的原因。在润滑系统的分析过程中，分析润滑油的润滑方式和使用方法，无论使用不当还是润滑油使用过度或过少，都不可能达到理想的润滑效果。因此，我们必须分析推断出润滑系统的合理性，不断改进润滑系统，提高起重机的效率。

本文中分动箱齿轮的材料为40CrMn，要经过渗碳、淬火，然后对其进行高温回火。利用线切割的方法，对中心太阳轮和行星轮进行取样。将取得的样本进行成分分析、分析硬度和组织，通过CX—9800光谱仪、DM2700金相显微镜、HVD—10MP数显维氏硬度计和HRS—150洛氏硬度计等仪器。

2 试验结果

（1）失效形式判断。当传动箱打开时，就会看到太阳齿轮和行星齿轮的磨损程度不同。其中，太阳轮的磨损最为严重，齿轮变形严重，无法操作。而且在分动箱内可以看到有铁屑的存在，且这些铁屑数量较多。虽然有铁屑的存在，但没有发现轮齿有断裂的情况，齿轮仍然可以满足使用要求。与此同时，行星轮齿面也存在变形的现象，只不过与太阳轮的磨损情况相比，行星轮齿的齿面磨损比较弱。起重机动箱采用的是闭式齿轮转动。造成齿面磨损的原因有多种。有的可能是因为润滑油中有比较硬的颗粒而造成齿面的磨损，还有的可能是因为润滑油使用过多或过少没有形成有效的高压油膜，还有的可能是因为齿面长时间的接受压力造成疲劳点蚀。齿面发生形变，可能是发生碰撞或者承载的重量过高，超过了齿面的承受能力，以至于齿面发生了一定程度的变形。

（2）齿轮检测结果。经过对行星轮和中心太阳轮材料的成分检测发现，行星轮的材料符合规定的化学成分的要求，而中心太阳轮中碳元素的含量低于规定的含量，对于其他金属元素的含量，行星轮和中心太阳轮都符合规定的含量。对行星轮和中心太阳轮进行硬度分析。由试验数据进行分析可以得知，行星轮的有效硬化层厚度低于标准值，为0.35mm。而硬度梯度最大为HV80/0.1mm。硬度是在逐渐下降，且速度比较快，不能满足所需要求，造成齿面有磨损的情况。对于中心太阳轮来说基本上全都低于标准值，根本就不存在有效硬化层。

行星轮的不同部分的结构可以分析。行星齿轮表面的渗碳层由马氏体、碳化物和少量的奥氏体组成，其中发生脱碳。该组织的核心部分主要由火索氏和铁氧体两部分组成。根据行星齿轮的硬度测试结果，行星齿轮的表面硬度为HRC59，达到了标准值，但还不完善。它接近标准值的下限。其核心部件硬度为HRC37，并符合标准规定值。对太阳轮齿根的金相组织进行了分析。其金相组织可分为铁素体和珠光体两部分。中心太阳轮的核心硬度为HRC29，与标准值相比，中心太阳轮的芯部硬度低，导致齿面磨损严重。

分动箱在安装时需要注意的是，采用水平安装方式，在水平面上可以看见中心、太阳、行星轮，其中行星轮有三个，其余都是一个。润滑方式为浸油润滑。润滑油加到齿轮的1/3高度停止。当传动箱齿轮高速转动时，齿轮齿齿处的润滑油在力的作用下高速飞出，这就是切向力。当齿轮高速旋转时，会形成空气流动，属于高压气流，并阻碍润滑油的流动。因此，齿轮的润滑效果还不够完善，无法达到预期的效果。处于边界上的齿轮润滑条件会比较好，处于中心位置的比较差，所以行星轮位于边界，所处的环境比较好，太阳轮位于中心，润滑油可能会得不到及时的流动。因此，在中央太阳齿轮齿面连接处很难形成高压油膜。齿轮经常会被摩擦。不断的摩擦会使温度升高，温度不能及时冷却，种种原因会引起一种反应，这种反应被称为退火效应。一旦产生退火效应，就会使马氏体被分解，此时的渗透层也会发生变化，少量的碳灰脱落，造成齿面的硬度变弱，引起齿面磨损、点蚀和渗碳，同时铁屑也会引起齿轮磨损。经常磨损导致最后一个中央太阳轮不能工作。在工作中，中心太阳齿轮的单齿轮的齿数和频率高于行星齿轮的齿数，是行星齿轮的单齿轮的三倍。

（3）改进与验证。改进润滑系统的方法主要有两种，一种是增加润滑油的使用量，增加润滑和散热的功能，另一种是将原有的油浴润滑改为被动润滑，变成主动润滑，可以在太阳轮轴的中心与外部连接。齿轮泵，压力对传动齿轮，强制润滑。由于空间布局的原因。采用第二种方案后，移动箱体周围空间发生了较大变化，操作不便，所以实验采用第一种方案。实验中选择的传动箱结构与汽车传动箱的结构相似。根据一系列的规定，传动箱的轴速为1700r/min，输入轴扭矩为150Nm，输出轴周期为4⋆10_5。实验是在这种条件下进行的。当润滑油加入到齿轮高度的四分之三时，传动齿轮的使用寿命达到了标准的要求。此时，齿轮的齿形和效果较好，没有出现一些齿轮破损等不良现象，在润滑油中没有大量的铁屑。

3 结语

齿轮失效的主要原因可能是表面硬度低。造成这个现象的原因主要是齿轮轮齿组织的原料是珠光体和铁素体。在工作过程中齿轮轮齿表面可能会发生退火效应和脱碳，通过对该齿轮的分析研究，得出了该齿轮失效的主要原因：行星齿轮有效硬化层厚度低于标准值0.35mm。最大硬度梯度为HV80/0.1mm。硬度下降的速度比较快，不能满足所需要求，造成齿面有磨损的情况，而对于中心太阳轮来说印度基本上全都低于标准值，根本就不存在有效硬化层；行星轮表面有脱碳的现象，中心太阳轮齿轮硬度比较低等等。