電解循環(huán)泵組件齒輪掉塊故障分析與改進(jìn)措施

楊引鋒 陶保平 馮育敏 范海波

摘要：通過(guò)對(duì)電解循環(huán)泵組件主動(dòng)齒輪掉塊故障的分析，確定故障原因?yàn)橹鲃?dòng)齒輪組件齒輪軸端面低于齒輪端面，磨削齒輪端面時(shí)產(chǎn)生剪切力導(dǎo)致齒輪掉塊。針對(duì)故障原因提出的改進(jìn)措施切實(shí)有效，為聚醚謎酮材料的加工提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)齒輪;聚醚謎酮;壓套

0 ?引言

電解循環(huán)泵的主要功能是實(shí)現(xiàn)電解用水的輸運(yùn)和循環(huán)。主、從動(dòng)齒輪組件是電解循環(huán)泵的關(guān)鍵零組件之一。在水環(huán)境中，金屬的配副方式容易帶來(lái)高摩擦、高磨損、高振動(dòng)以及高噪音，極易發(fā)生卡滯、咬死等事故。因此，主從動(dòng)齒輪組件齒輪部分采用的是聚醚謎酮材料（S-0203），該材料具有極高的耐磨性，幾乎是目前耐磨性能最好的水潤(rùn)滑材料。然而，電解循環(huán)泵組件在裝配故檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，新配出的主動(dòng)齒輪組件表面有掉塊現(xiàn)象。經(jīng)確認(rèn)，該主動(dòng)齒輪組件某批次均存在掉塊問題。本文針對(duì)主動(dòng)齒輪組件出現(xiàn)的掉塊問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，準(zhǔn)確定位故障，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，提出了切實(shí)有效的改進(jìn)措施。

1 ?問題概況

2017年2月21日，電解循環(huán)泵組件在裝配故檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，新配出的主動(dòng)齒輪組件表面有掉塊現(xiàn)象，經(jīng)核實(shí)，17-1批次共9件均存在掉塊現(xiàn)象。

2 ?問題定位

2.1 產(chǎn)品原理

電解循環(huán)泵組件中循環(huán)泵組件主要由電機(jī)、主、從動(dòng)齒輪組件、殼體組件、軸承、磁極等零部件組成。

循環(huán)泵的電機(jī)帶動(dòng)主、從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，將泵進(jìn)口的介質(zhì)增壓輸送到出口，泵體軸承選用滑動(dòng)軸承，一對(duì)滾動(dòng)軸承安裝于磁極組件兩側(cè)，對(duì)磁極組件起支撐作用，電機(jī)與泵體采用滑差離合器形式連接。

2.2 主動(dòng)齒輪、齒輪組件工藝及故障樹

2.2.1 齒輪、齒輪組件工藝：

齒輪工藝流程為：NO0備料--NO5固熔時(shí)效—NO10車全部—NO15車端面及外圓-NO20研中心孔—NO25磨外圓—NO30磨外圓—NO35清洗—NO40檢驗(yàn)—NO45油封

齒輪組件工藝流程為：NO5啟封—NO10壓套件1—NO15車外圓—NO20磨外圓—NO25去毛刺—NO30壓套件2—NO35收口—NO40磨外圓—NO45磨端面—NO50磨外圓--……

2.2.2 主動(dòng)齒輪組件故障樹（圖1）

2.3 故障排查

根據(jù)上述故障樹，開展故障分析。

X1：No5車全部，內(nèi)孔與端面均在此工序車削加工，齒輪端面留有余量，在組件還需精加工，所以此事件可以排除。

X2：No10去毛刺，要求銳邊倒圓R0.1～0.3，齒輪端面留有余量，在組件還需精加工，所以此事件可以排除。

X3：No10壓套，軸與齒輪的緊度為0.03～0.05，采用常溫壓套的工藝方法，且無(wú)專用夾具，此事件暫不能排除，待試驗(yàn)后檢查確認(rèn)。

X4：No45磨端面，當(dāng)壓套后齒輪軸與齒輪端面未平齊時(shí)，在齒輪軸端面與齒輪內(nèi)孔的接觸部位會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，磨削過(guò)程中，與齒輪軸未配合的齒輪會(huì)受一定的剪切力，容易產(chǎn)生掉塊缺陷，此事件暫不能排除，待試驗(yàn)后檢查確認(rèn)。

X5：No65去毛刺，齒輪與齒輪軸磨削后端面平齊，此部位不產(chǎn)生毛刺，在本工序僅去除齒輪齒頂部位的毛刺，所以此事件可以排除。

針對(duì)暫不能排除的底事件X3：No10壓套、X4：No45磨端面進(jìn)行試驗(yàn)機(jī)分析。

2.3.1 X3：No10壓套試驗(yàn)

方案一：常溫壓套試驗(yàn)

①尺寸測(cè)量：分別測(cè)量齒輪內(nèi)孔及軸徑尺寸，軸徑尺寸為：4.83～4.836，內(nèi)孔尺寸為4.8～4.802，配合緊度0.028～0.036，超出設(shè)計(jì)圖紙緊度要求下限0.002（設(shè)計(jì)圖紙要求壓套后緊度0.03～0.05）。

②壓套：采用自制工裝在壓力機(jī)下進(jìn)行壓套，壓力作用于齒輪軸上端面，目視齒輪軸與端面平齊。

③檢查：采用體視顯微鏡（倍率為15X）進(jìn)行檢查，齒輪周邊存在輕微掉塊現(xiàn)象。

方案二：齒輪加熱170℃～180℃，齒輪軸冷卻-40℃～-50℃進(jìn)行壓套試驗(yàn)

①尺寸測(cè)量：軸徑尺寸為：4.835～4.837mm，內(nèi)孔尺寸為4.804mm，配合緊度為0.031～0.033，滿足設(shè)計(jì)圖紙緊度要求（設(shè)計(jì)圖紙要求壓套后緊度0.03～0.05）。

②加熱齒輪，冷凍齒輪軸：將齒輪放置在恒溫烘箱中，隨箱體溫度加熱到170℃～180℃保持10分鐘后取出;將齒輪軸在-40℃～-50℃低溫冷凍箱中放置10分鐘。

③壓套：將齒輪放置在帶孔的夾具襯套端面上，用手勁即可裝入齒輪軸。

④檢查：采用體視顯微鏡（倍率為15X）進(jìn)行檢查，齒輪端面無(wú)掉塊現(xiàn)象。

2.3.2 X4：No45磨端面

試驗(yàn)一：磨削前齒輪軸與齒輪端面不平齊

對(duì)2.3.1中采用方案一壓套后的齒輪組件在數(shù)控磨床S21上進(jìn)行磨削試驗(yàn)。

①測(cè)量：測(cè)量磨削前齒輪寬度5.985mm，齒輪軸與齒輪高度差約0.5mm。

②磨削試驗(yàn)：砂輪轉(zhuǎn)速S=35m/s，工件轉(zhuǎn)速為211r/min，粗進(jìn)給速度F=0.35mm/min、半精進(jìn)給速度F=0.35mm/min、精進(jìn)給速度F=0.07mm/min。

③測(cè)量：測(cè)量磨削后齒輪寬度5.88～5.91mm，磨削余量0.075～0.105mm。

④檢查：采用體視顯微鏡（倍率為15X）進(jìn)行檢查，齒輪周邊存在輕微掉塊缺陷。

⑤復(fù)檢：放置17小時(shí)后再檢查，零件無(wú)異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。

⑥復(fù)試：繼續(xù)磨削去余量，至齒輪軸與齒輪端面平齊。

⑦檢查：采用體視顯微鏡（倍率15X）進(jìn)行檢查，齒輪周邊無(wú)掉塊缺陷。

試驗(yàn)二：磨削前齒輪端面無(wú)掉塊平齊

采用2.3.1中方案二及自制夾具進(jìn)行壓套，采用體視顯微鏡（倍率15X）壓套后檢查齒輪端面無(wú)掉塊、平齊，進(jìn)行完45工序磨端面后，檢查無(wú)掉塊缺陷。

結(jié)論：

①壓套過(guò)程中參數(shù)選擇不合理，會(huì)產(chǎn)生掉塊缺陷。采用常溫壓套的方法，容易產(chǎn)生掉塊缺陷;采用加熱聚醚謎酮齒輪、冷卻齒輪軸的壓套方法，可避免掉塊缺陷的產(chǎn)生。

②當(dāng)壓套后齒輪軸與齒輪端面不平齊時(shí)，在磨削過(guò)程中，聚醚謎酮齒輪與齒輪軸未配合的部位受剪切力作用，易產(chǎn)生掉塊;當(dāng)齒輪軸與聚醚謎酮齒輪端面磨齊平后，聚醚謎酮齒輪不再受剪切力，在磨削過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生掉塊缺陷;當(dāng)壓套后齊平，可保證磨端面后平齊不掉塊。

3 ?故障機(jī)理

經(jīng)對(duì)故障件進(jìn)行外觀及冶金檢查，發(fā)現(xiàn)主動(dòng)齒輪組件齒輪軸端面均低于齒輪端面，掉塊缺陷是由于受到應(yīng)力所致，見圖2?？傻贸霰敬锡X輪掉塊故障的機(jī)理如下：

①齒輪組件進(jìn)行10工序壓套時(shí)，齒輪軸與齒輪為緊度配合，齒輪用的材料為非金屬聚醚謎酮，此材料存在一定的脆性，常溫壓套過(guò)程是使用壓力機(jī)對(duì)齒輪軸的上端面施加一定的壓力，使其壓入非金屬齒輪內(nèi)孔，造成齒輪內(nèi)孔和齒輪軸端面的相交處產(chǎn)生掉塊缺陷。

②10工序壓套后若未保證工藝要求的齒輪軸與齒輪端面平齊，且不平齊的高度差大于磨端面的磨削余量，在齒輪軸端面與齒輪內(nèi)孔的接觸部位產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)行45工序磨端面時(shí)，非金屬齒輪凸出部位受剪切力，在磨削過(guò)程中靠近齒輪軸部位產(chǎn)生了掉塊缺陷。

4 ?改進(jìn)措施

①細(xì)化工藝文件的壓套工序，采用非金屬聚醚謎酮齒輪加熱、齒輪軸冷卻的壓套方法，并明確壓套參數(shù)。

②設(shè)計(jì)專用的壓套工裝，確保壓套后齒輪軸與齒輪端面齊平。

③細(xì)化壓套、檢驗(yàn)工序檢查要求，明確使用體視顯微鏡在15倍率下檢查零件端面應(yīng)無(wú)掉塊現(xiàn)象。

5 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電解循環(huán)泵組件齒輪掉塊故障的根本原因是對(duì)聚醚謎酮非金屬材料的加工性能不了解，加工方法及參數(shù)不合理;間接原因是壓套時(shí)非金屬齒輪端面和齒輪軸端面未齊平，未達(dá)到圖紙要求，磨削端面時(shí)受應(yīng)力作用導(dǎo)致非金屬齒輪出現(xiàn)掉塊缺陷。根據(jù)分析出的故障缺陷原因制定出的改進(jìn)措施切實(shí)有效，經(jīng)驗(yàn)證后故障不再出現(xiàn)。此次細(xì)化的工藝方法及參數(shù)為聚醚謎酮材料的加工提供了技術(shù)支持和參考。

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作者簡(jiǎn)介：楊引鋒（1985-），女，陜西戶縣人，工程師，研究方向?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)燃油附件齒輪件工藝技術(shù)研究。