大型圍網(wǎng)起網(wǎng)機(jī)42CrMo齒輪點(diǎn)蝕失效分析

寧波捷勝海洋開(kāi)發(fā)有限公司 （浙江 315806） 趙小鵬 陳 勇

寧波捷勝海洋開(kāi)發(fā)有限公司是專業(yè)從事研發(fā)、生產(chǎn)、銷售海洋裝備的高新技術(shù)企業(yè)，公司的某型600kN大型圍網(wǎng)起網(wǎng)機(jī)在交付用戶使用一年后，經(jīng)售后服務(wù)檢查發(fā)現(xiàn)主動(dòng)輪小齒輪的齒面出現(xiàn)了明顯的凹坑，位置出現(xiàn)在齒面節(jié)線位置。

1. 設(shè)備結(jié)構(gòu)形式

采用兩側(cè)閉式一級(jí)齒輪傳動(dòng)、4臺(tái)液壓馬達(dá)、兩個(gè)主卷筒、制動(dòng)裝置、離合器裝置等組成；閉式齒輪將液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩傳遞到軸套上，軸套與卷筒均套設(shè)在固定主軸上，當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)卷筒時(shí)，軸套離合器與卷筒虎牙嚙合，則兩個(gè)卷筒可實(shí)現(xiàn)同時(shí)工作或分別正反轉(zhuǎn)工作，將漁網(wǎng)卷起或放下。

2. 現(xiàn)象分析

如圖1所示，出現(xiàn)問(wèn)題的小齒輪（mn=12，z=19）；靠節(jié)線位置，在齒輪收網(wǎng)受力面上出現(xiàn)較多凹坑，φ2mm×2mm深，數(shù)量有20～30個(gè)/齒；個(gè)別齒面的凹坑達(dá)到了約φ5mm×2mm深。經(jīng)分析確認(rèn)凹坑為點(diǎn)蝕坑，已到擴(kuò)展性點(diǎn)蝕階段；個(gè)別齒的齒面甚至出現(xiàn)了片蝕現(xiàn)象。

如圖2所示，在齒輪受力面長(zhǎng)度方向，在接觸區(qū)域同時(shí)出現(xiàn)了點(diǎn)蝕的3個(gè)階段現(xiàn)象，即左端齒面1/3面積處于初期點(diǎn)蝕階段呈麻點(diǎn)狀；中部區(qū)域1/2處于擴(kuò)展性點(diǎn)蝕階段呈內(nèi)貝殼狀；右端1/6區(qū)域處于片蝕階段呈片狀脫落。

圖1 主動(dòng)輪外觀

圖2 齒面特征

如圖3所示，工作面的壓痕從右到左顏色逐步加深，區(qū)域由小到大呈傾斜狀。這種現(xiàn)象說(shuō)明大小齒輪軸心線不平行，存在偏載情況，造成局部過(guò)載，使齒面局部接觸應(yīng)力過(guò)高，是產(chǎn)生這種點(diǎn)蝕現(xiàn)象的原因之一。起網(wǎng)機(jī)為中部主軸、兩側(cè)箱體結(jié)構(gòu)；主軸與箱體外端軸承蓋壓緊，內(nèi)側(cè)為軸套、軸承座、滑動(dòng)軸承間隙配合；如果設(shè)備在船甲板上安裝精度不高或船甲板變形等原因，很容易出現(xiàn)大齒輪軸線不平行現(xiàn)象。

圖3 齒面嚙合特征

如圖4所示，小齒輪為主動(dòng)輪，點(diǎn)蝕坑有從節(jié)線向上齒面方向擴(kuò)展的趨勢(shì)。逐步發(fā)展的結(jié)果將是齒面嚴(yán)重?fù)p傷，噪聲與磨損明顯加大，最終可能會(huì)出現(xiàn)斷齒。另外，發(fā)現(xiàn)齒面的表面粗糙度值較高，這也是產(chǎn)生點(diǎn)蝕的原因之一。

圖4 點(diǎn)蝕坑擴(kuò)展趨勢(shì)

3. 調(diào)研分析

經(jīng)過(guò)上船調(diào)研、分析，認(rèn)為圍網(wǎng)起網(wǎng)機(jī)工況惡劣，工作時(shí)間長(zhǎng)，海況復(fù)雜，存在漁貨時(shí)有超載現(xiàn)象；齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度需相應(yīng)提高。另外，兩個(gè)主卷筒法蘭直徑4.5m，自重加上1200m濕網(wǎng)重達(dá)20t，再疊加負(fù)載60t，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，漁民操作手動(dòng)比例閥時(shí)存在不當(dāng)現(xiàn)象，反向時(shí)往往不待零位停頓，直接拉反向，造成齒輪突然反轉(zhuǎn)，沖擊很大，存在嚴(yán)重的動(dòng)載現(xiàn)象，這也是產(chǎn)生點(diǎn)蝕的主要原因之一。

4. 齒面點(diǎn)蝕失效判斷

針對(duì)該齒輪現(xiàn)狀，對(duì)其進(jìn)行了點(diǎn)蝕計(jì)算失效判斷，經(jīng)計(jì)算（計(jì)算過(guò)程略）判定該設(shè)備小齒輪失效，作報(bào)廢處理。故對(duì)齒輪的熱處理提出了增加齒面高頻感應(yīng)淬火要求，并對(duì)該道工序進(jìn)行了試驗(yàn)。

制作42CrMo齒形樣板（3齒），此材料經(jīng)（860±10）℃×（1～1.5）h正火，850℃×1.5h油冷淬火，580℃×3h油冷回火處理后的金相組織為回火索氏體。表面淬火工藝參數(shù)為：20kHz，100kW，移動(dòng)速度為7.5mm/s，采用單齒延齒溝淬火。將齒形樣板用線切割切開(kāi)，用磨床將觀察面磨光，再用4%的硝酸酒精浸蝕，采用VHX－600數(shù)碼金相顯微鏡對(duì)樣板材料進(jìn)行金相分析。經(jīng)高頻感應(yīng)淬火的組織分為淬硬層、過(guò)渡區(qū)和基體組織三層。淬硬層為馬氏體組織，過(guò)渡區(qū)為馬氏體與回火索氏體的混合組織，基體為回火索氏體。經(jīng)硬度測(cè)試，淬硬層厚度為1.8mm，平均硬度為48HRC，基體組織平均硬度為27HRC，過(guò)渡層厚度約為0.15mm。

調(diào)質(zhì)處理增強(qiáng)了齒輪的綜合力學(xué)性能。齒面高頻感應(yīng)延齒溝淬火，增強(qiáng)了齒面硬度，提高了耐磨性，齒面接觸應(yīng)力達(dá)到了1050MPa以上，比單獨(dú)調(diào)質(zhì)齒輪的接觸應(yīng)力提高1.6倍，實(shí)現(xiàn)了表硬、心韌作用。

5. 解決方案

根據(jù)上述調(diào)研、分析及試驗(yàn)結(jié)果，提出了對(duì)應(yīng)的解決方案：

（1）降低齒面的表面粗糙度值，最后一刀精滾采用新磨滾刀加工；滾齒后增加鉗工磨石修磨齒面工序；齒頂根據(jù)模數(shù)大小分別倒R圓角。

（2）提高齒面的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，調(diào)質(zhì)硬度提高到了260～280HBW；增加了齒面高頻感應(yīng)淬火工序，并且要求沿齒廓淬火硬化，齒面硬度提高到45～55HRC；使齒面接觸應(yīng)力提高到1050MPa，有效避免了齒面點(diǎn)蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）設(shè)備在船上安裝提出安裝精度要求，要求船上焊接底座嚴(yán)格按照對(duì)稱焊接，減少變形，平面度誤差控制＜0.5mm；設(shè)備安裝后再用箱體底腳調(diào)節(jié)螺栓予以調(diào)平校正，誤差控制＜0.2mm。

（4）漁民操作前要做到崗前培訓(xùn)，做到規(guī)范操作。

6. 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上方案處理，后續(xù)設(shè)備齒輪經(jīng)過(guò)多年的實(shí)船使用，沒(méi)有再出現(xiàn)類似的點(diǎn)蝕現(xiàn)象。