机车轮对齿轮崩齿的原因分析及改善.docx

          机车轮对齿轮崩齿的原因分析及改善                    Summary：通过对电力机车裂损从动齿轮进行现场检查、理化检验、断口分析、失效原因分析，指出从动齿轮齿裂是由于齿轮表面局部过载，淬硬层存在淬火软区，电力机车从动齿轮属于斜齿轮双侧驱动结构，在运用过程中多次发生从动齿轮齿面裂损现象，严重时发生齿圈崩箍事故，对行车安全造成不利影响，为减少从动齿轮发生裂损问题提出了一系列改进措施Key：电力机车；从动齿轮；裂纹1现场检查情况以车型从动齿轮属于齿圈和齿轮芯组合结构，裂纹多位于轮对侧，某机车齿圈断裂崩箍故障现场该机车在运用途中发生齿圈崩箍现象电力机车从动齿轮，轮心材质为ZG25Ⅱ（ZG230-450）；齿圈材质为42CrMo，表面中频感应淬火，为了深入分析齿部疲劳裂纹产生的原因，对断裂的轮齿进行取样分析1）化学成分在断裂齿圈上取样分析，分析结果显示C，Si，Mn，P，S，Cu，Cr，Mo等化学成分符合GB3077—1999的要求，个别齿心部组织存在较大的夹杂物2）硬度检测心部硬度检测HB266，满足要求齿面硬度在HRC42～54之间，硬度平均值为HRC49.4，淬硬层硬度分布不均匀，齿根部硬度不符合要求，存在淬火软区。

3）淬硬层深度同一轮齿经线切割解剖为三部分，分别进行淬硬层检验，齿中部的淬硬层深度2～3.5mm，且整体较为完整，对齿轮靠近车轮一侧的淬硬层进行检验，淬硬层不够完整，有个别地方没有淬硬层，见图34）断口分析齿轮在运行中出现多处疲劳裂纹，通过对断口的分析可以看出，裂纹均起源于齿轮表面，作用力低于材料屈服强度，无明显的冲击载荷存在的迹象，表面无严重的烧伤和腐蚀其中A区为裂纹源区，有磨损和变形；B区为疲劳裂纹扩展区，贝壳状纹理线十分清晰，且扩展得较为充分；C区为瞬时破断区，有明显的放射状条纹，且纹路较粗除了局部地方外，断口整体无宏观塑性变形2失效原因分析（1）主从动齿轮啮合的影响主动齿轮采用单侧全削边齿向修形，齿轮轮对一侧承载较高，容易因偏载导致疲劳，根据斜齿轮工作原理，啮合从齿顶开始到齿根逐渐增加到逐渐减少，其在齿顶和齿根部产生的载荷较为集中2）齿面热处理的影响根据机车牵引齿轮齿廓感应强化技术条件中规定，从动齿轮有效齿宽硬化区应不小于齿宽的80%，齿宽两端各10%齿宽范围不作检查齿轮表面靠近车轮一侧淬硬层不完整，是由于感应线圈运行不到位，或者有偏角，致使齿轮表面靠车轮一侧某些部位没有淬到火。

由于从动齿轮两侧端部存在着淬火软区，而且主从动齿轮啮合时，会在轮对侧产生应力集中，很容易造成轮齿启动时端面偏载在循环载荷的作用下，齿轮表面萌生了疲劳裂纹源，在应力的作用下，裂纹沿应力最大的方向扩展，较大夹杂物的存在和心部组织不良加快了疲劳裂纹的扩展速度，当裂纹扩展到不足以支持外力时，发生瞬时断裂，产生打齿现象断齿脱离齿圈后，齿圈表面形成不规则的粗糙表面，在齿圈表面留下尖锐凹槽缺陷当主动齿轮在此处频繁经过时，缺口处应力集中非常严重，最终造成齿圈断裂断裂的齿圈在轮芯上滑动，断茬在轮芯表面留下大量密集的啃伤痕迹3）过盈装配的影响据计算，设计最大过盈量在齿根部最大等效应力达388MPa，接近齿圈疲劳强度的70%，是实际工作应力的两倍再加上齿轮工作时轮齿啮合对齿根部的弯曲应力，两种载荷叠加后产生的应力总和接近齿圈材料的疲劳强度，使得从动齿轮的可靠性受到很大影响4）改进措施①采用新型分体式齿轮新型分体式从动齿轮及主动齿轮均采用双侧齿向、齿廓修形，使轮齿靠近两端面处更加平滑，保证齿轮的啮合点集中在齿宽的中部，在一定程度上，可以避免齿轮两端偏载及齿部淬火软区存在而产生疲劳裂纹②改进齿轮热处理方式为防止从动齿轮轮齿两端淬火软区的存在，合理制定单齿中频感应淬火工艺。

理想的状态是沿全齿廓全齿宽获得均匀的硬化层，这样既提高了齿轮的弯曲及接触疲劳强度，也延长了使用寿命③采用新式整体齿轮最新研制的新型整体齿轮，避免了过盈装配带来的齿轮根部较大的拉应力，提高齿轮根部承载能力两倍以上，从根本上解决了齿轮根部拉应力大的问题，提高了齿轮承载能力，可靠性高，适合于重载线路运用④采用合适的润滑脂从动齿轮与主动齿轮的润滑，采用油脂润滑在冬季和夏季应按不同的环境温度条件，及时更换不同种类的润滑脂防止因齿面润滑不良产生磨损过度、黏连、过烧等现象，避免引发齿面疲劳裂纹的产生3故障原因分析齿轮箱漏油问题日益严重，严重影响了机车运行，同时也给检修部门带来了极大的压力，经过检修后的齿轮箱反而裂、漏更多：（1）轮箱通气孔不畅以前我们所使用的齿轮箱通气孔经常堵塞或取消，造成空气流通不好，使机车在高速运行时油温升高，产生热膨胀，使齿轮箱内部的压强大于大气压产生负压，一旦得不到消除，就会产生齿轮箱的油脂向抱轴瓦窜油或从齿轮箱油封处漏出2）齿轮箱安装座有效承载面积小机车在运行过程中主要有两种振动，即垂直振动和横向振动，垂直振动最为严重，主要因为齿轮箱的质量由牵引电机和抱轴箱支承承担电机随着速度的变化上下振动，再加上线路状态不好使振动加剧，齿轮箱固定在电机上，同时也振动。

在振动过程中，使齿轮箱产生位移，应力集中在固定螺栓的根部，当应力超过一定极限时，齿轮箱就会振裂，从而使油漏出3）齿轮箱有异物机车运行中由于种种原因，齿轮箱内可能产生异物，异物与齿轮箱体发生高频撞击会使齿轮箱变形，出现裂纹甚至孔洞4解决措施：（1）齿轮箱经检修后要严格执行组装工艺注意两者之问的配合间隙，认真进行有效的调整，消除组装不良产生的组装应力采用齿轮箱活动式通气孔，并加大通气孔口径，增大了空气的流通，使通气孔不易堵塞而产生负压保持牛皮油封与轴径的密封作用，以增加齿轮箱上、下体之间的紧密程度对齿轮箱的各合口处用薄海绵加乳胶进行处理，防止合口间隙过大而漏油2）严格控制轮箍椭圆度主要采取加强机车轮箍状态检测和轴重调整当轮缘或踏面厚度差值超过限度时，就要及时安排镟修3）对齿轮箱焊修中存在的问题，我们制定了详细的焊修工艺，主要从焊前处理、焊中控制和焊后检查三个方面加以改进第一，焊前处理：先把齿轮箱残留的油污、杂质清理十净，对二次开焊的旧裂纹应先去除旧的焊堆，然后调整裂纹两侧箱体，使其在自然状态下保持同一平面上，并在裂纹的两端钻中3～5mm的止裂孔，将裂纹用砂轮打磨成2×45°坡口，以确保可以焊透。

第二，焊中控制：适当调整焊接电流，及时去除焊接应力，确保焊接质量第三，焊后检查：对焊接中发生变形的部分应进行调平，对上下箱进行合箱检查，确保对接部位平整通过使改进后的齿轮箱装车试验取得了良好的效果，使机车在一个年修期内没有一个齿轮箱因漏油而下车整修这不仅提高了机车的性能，同时降低了检修职工的劳动强度，减少了机车检修成本的支出Reference：[1]陈丽洁.电传动机车转向架结构与原理[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2012.[2]洪连进.电力机车的车轮踏面和轮缘外形组合听器[J].应用声学，2012（3）.  -全文完-。