电动轮自卸车轮边减速器齿轮常见失效形式和产生原因及预防措施(上)

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电动轮自卸车轮边减速器齿轮　

常见失效形式和产生原因及预防措施（上）　

河北汇工机械设备有限公司杨钟胜　

编者按：作者涉及对矿用电动轮自卸车齿轮的研制工作，经常接触大型煤矿、铁矿等矿　

山，对矿用电动轮自卸车的修理，各矿电动轮自卸车齿轮损坏的情况及损坏原因作了大量的　调研，并对收集的齿轮切块样件进行了有针对的研究，耗费了不少精力和心血，撰写成此文。　

文章内容非常细致、具有可操作性，对相关技术人员、修理人员会有一定帮助。本刊将分两　

期刊登此文。　

【摘要】电动轮自卸车轮边减速器齿轮损坏的故障居高不下，已成为电动轮自卸车修理的通病　和难题。为了进行综合治理，从齿轮常见失效形式和产生失效的原因分析人手，根据我单位在制　

造、安装、使用、维护方面的经验教训和生产实践，提出了进行综合治理的预防措施。　

关键词：电动轮自卸车齿轮失效形式产生原因　预防措施　

在现代化的特大型煤矿及其它矿山的生产　

中，重型矿用电动轮自卸车日益发挥越来越重要　的作用，已成为生产方面的主力军。由于种种原　因引发电动轮自卸车轮边减速器的故障居高不　

下，对生产带来严重的影响。其中引人注目的是　轮边减速器齿轮的损坏，在修理中投入了大量的　

资金、人力和物力，已成为电动轮自卸车修理的通　

病和难题。　常见的电动轮自卸车轮边减速器齿轮的损伤　

有：轮齿折断和齿面损伤两大类。影响齿轮损伤的　因素很多，是一个综合的系统工程，涉及选材、设计　

计算、机械加工、热处理、修理装配、安装调试、润滑、　

使用维护等方面，需综合治理。　我单位是以生产电动轮自卸车轮边减速器齿轮　

为主的专业厂，长期以来，在探讨齿轮常见失效形式　及产生原因方面，做了大量的研究工作。没有这一　

研究，就无法制造出合格的产品。现根据我单位的　生产实践与经验教训及认识的全过程，写成《电动轮　

自卸车轮边减速器齿轮常见失效形式和产生原因及　预防措施》一文，奉献给国内的同行及使用和修理单　

位，以达到共同提高的目的。　１　电动轮自卸车轮边减速器齿轮常见失效　

形式及产生原因　

１．１轮齿折断（断齿）　断齿是一种危险性很大的最终失效形式。　

轮齿承受载荷，如同悬臂梁，其根部受到脉动循　环的弯曲应力作用，当这种周期性的应力过高时，会　

在根部产生裂纹，并逐渐扩展，当剩余部分无法承担　

外部载荷时，就会发生断齿。　在电动轮自卸车轮边减速器齿轮运转中，这种破　坏性的失效形式发生机率高，是常见的破坏性损伤，尤　

其以发生在太阳轮和行星轮轴的轮齿上最为常见。　断齿常由细微裂纹逐步扩展而成。根据裂纹的　

扩展情况和断齿原因，断齿可分为：过载折断（包括　

冲击折断）、疲劳折断、随机断裂。　１．１．１过载折断（包括冲击折断）　

通常在一次或几次严重过载时发生，由于作用　在轮齿上的应力超过其极限应力，导致裂纹迅速扩　

展，常见的原因：①载荷严重集中，突然冲击超载，轴　承损伤，轴弯曲；②较大的硬物掉人或挤入啮合区；　③齿面精度过差；④齿面过于粗糙；⑤轮齿根部未作　

精细处理；⑥材质有缺陷。　

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１．１．２疲劳折断　

根本原因是在过高的交变应力重复作用下，从　危险截面（如根部）的疲劳源起始的疲劳裂纹不断扩　

展，使轮齿剩余截面上的应力，超过其极限应力，造　

成过载而最终折断。　

严重偏载的齿轮，疲劳折断有时发生在齿的端　部。由于严重偏载造成的齿端折断，在偏载区齿面　

上还伴有破坏性的点蚀和剥落损伤同时发生。　产生的原因是：①设计载荷估计不足；②传动系　统中的动载；③材料选用不当；④齿轮精度过低；　

⑤轮齿接触不良；⑥齿根圆角半径过小；⑦齿根表面　粗糙度过高；⑧热处理产生的微裂纹；⑨磨齿中产生　

的磨削烧伤和磨削裂纹；⑩齿根应力集中；⑩有害的　残余应力。　１．１．３随机断裂的原因　①材料缺陷；②点蚀剥落或其他应力集中造成　

的局部应力过大；③较大的硬物掉人或挤入啮合区　

引起。　１．２齿面接触疲劳损伤　

齿轮的疲劳过程，是由疲劳裂纹的形成和扩展　

两个阶段组成的。齿轮在运转过程中，受到周期性　

变化的接触应力作用，当接触应力超过一定值时，就　会在齿面上产生微小的疲劳裂纹，该疲劳裂纹不断　

扩展、延伸，最终使齿面上产生小片或小块金属剥　落，形成不同形状的麻点和凹坑，造成齿面损伤。在　

电动轮自卸车轮边减速器齿轮的运转中，这种损伤　

发生机率高，是常见的破坏性损伤。齿轮接触疲劳　破坏的主要形式：早期点蚀、破坏性点蚀、齿面剥落、　

表面压碎。　

（初期）　（比较严重）　（严重）　（比较严重）　

早期点蚀一破坏性点蚀一表面剥落一　表面压碎　

扩展性点蚀　是一种严重的齿面录ｑ落形式　

特别是破坏性点蚀，常在齿轮啮合线部位出现，　

并且不断扩展，使齿面严重损伤，磨损加大，最终导　

致断齿失效而报废。　表面压碎：是一种严重的齿面剥落形式，常发生　

在渗碳淬火的硬齿面齿轮，当其硬化层不良或有效　

硬化层深度不够或心部过软时，裂纹往往在硬表层　与软的心部分界处萌生并扩展，以致硬表层成片剥　

落，这种损伤在电动轮自卸车轮边减速器的齿轮中　比较多见，而且危害性极大。齿面接触疲劳破坏特　

征，见表ｌ。　

表１齿面接触疲劳破坏特征　

齿面接触疲劳损伤产生的原因：　①相啮合的齿面贴合不良，造成局部过载，使齿　

面载荷过高，致使局部接触应力过高；　

②严重过载是造成破坏性点蚀的主要原因；　③齿面质量低劣：Ａ、齿面粗糙度差；Ｂ、齿面精　度低：齿形误差大；齿向误差大；　

④热处理有缺陷，导致：齿面硬度过低；表面硬　

化层过浅；硬度分布不均；硬软层过渡硬度梯度过　

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大；表层或过渡区有裂纹；　

⑤表层材料缺陷：材质塑性差，裂纹易于扩展；　⑥安装精度低，轴线歪斜；⑦润滑不良。　

１．３齿面胶合和擦伤　

齿面胶合是一种较严重的磨损形态，一般发生　

在重载或高速齿轮传动中。主要是由于润滑条件不　好而导致齿面间油膜破裂，发生金属与金属的直接　

接触，通过接触面局部发生粘合，在相对运动下粘合　

处分离，致使接触面上有小颗粒金属被拉拽出来，即　

个齿面上的部分金属胶合到另一个齿面上，并在　此留下坑穴，因而与后面的齿啮合时，这部分胶合的　

金属又造成其它齿面的擦伤。这种过程反复进行多　

次，而使齿面发生破坏，最后导致齿轮报废。　在电动轮自卸车轮边减速器齿轮运转中，这种　

损伤发生机率比较高，也是比较常见的损伤和失效　形式之一。　常见的齿面胶合和擦伤有以下两种形式：　

１．３．１冷粘合撕伤　

在重载低速传动的情况下形成，由于局部压力　很高，齿面油膜破裂，造成轮齿表面的金属直接接　

触，在受压力产生塑性变形时，接触点由于分子相互　

的扩散和局部再结晶等原因发生粘合，当滑动时粘　合结点被撕开而形成冷粘合撕伤。　１．３．２热粘合撕伤　在高速或重载中速传动中，由于齿面接触点局　

部温度升高，油膜及其他表面膜破裂，表面金属熔合　

而后又撕裂形成的。　

产生齿面胶合的原因：①润滑不充分；②干涉现　象；③工作温度高；④齿面接触应力或线速度高，引　

图１　国外齿圈报废标准示意图　起过热；⑤载荷集中造成。　

２国内、外有关制造厂家（含部分厂、矿的修　

理部门）对电动轮自卸车轮边减速器齿轮常　

见失效形式的报废标准　

２．１国内件失效形式　２．１．１太阳轮　

①太阳轮齿轮部分：对齿轮探伤，不允许有任何　

裂纹、裂缝；齿面严重的点蚀剥落；齿面成片产生的　点蚀；齿面点蚀发生在节圆线以下或以上，且有发展　

趋势；断齿。　

②太阳轮花键部分：齿面有严重点蚀；断齿；齿　面有严重裂纹。　２．１．２行星轮轴　

对齿轮探伤，不允许有任何裂纹、裂缝；断齿；齿　面严重的点蚀剥落；齿面成片产生的点蚀；齿面点蚀　

发生在节圆线以下或以上，且有发展趋势。　２．１．３大行星轮　

对齿轮探伤，不允许有任何裂纹、裂缝；齿面严　重的点蚀剥落；齿面严重的粘着、胶合；轴颈螺纹部　

分有严重倒齿，任一螺纹齿缺损。　２．１．４　圈　对齿轮探伤，不允许有任何裂纹、裂缝；齿面严　

重的点蚀剥落；齿面成片产生的点蚀；齿面破坏性的　

胶合；断齿；齿面严重的压痕；齿面严重的粘着现象。　２．１．５有以上失效形式之一者，更换新件，旧件报　废　

２．２国外：美国ＧＥ公司对电动轮自卸车轮边减速　器齿圈的报废标准规定见图ｌ及表２　

表２　

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３典型失效实例　

３．１硬质异物挤入啮合区引发的失效　某矿一台ＧＥ７８８电动轮自卸车在运行中，由于　

颗螺栓掉进行星轮轴与才换新不久的齿圈的啮合　

区，造成齿圈严重受损，图２所示。　

图２　１９ｏ齿圈因掉入异物齿面损伤照片　

造成齿圈和行星轮总成报废，不算间接经济损　失，单就齿圈而言，进口价一个就将近４～５万美金，　令人十分可惜。　

为了防止类似事故的发生，在装配中必须：　

①关键部位的螺栓在大修中，是一次性的必须　换新；　②对主要螺栓相配对的螺纹孔，应在装配前用　

丝攻过一遍；　③对重要部位的螺栓，必须按规定的紧固力矩　上紧；　

④对所有重要部位的螺栓，在上紧的同时，必须考　虑采用有效的防松措施，这一点要引起足够的重视；　⑤装配完毕，为了清除隐患，应认真仔细清除掉　

人轮边减速器内的异物。　３．２热处理缺陷引发的失效　为了落实轮边减速器齿圈报废的真正原因，在　

征得有关厂、矿领导的同意，先后对１０８ｔ、１５４ｔ、１９０ｔ　电动轮自卸车上报废的齿圈，分别多次进行切块取　

样，并对样块进行全面的检测，发现了不少规律的问　

题，现以ＧＥ７８８为例：　图３从１９０废旧齿圈切下　的样块层深腐蚀照片　

心部３２·５ＨＲＣ　

图４齿圈样块检测示意图　

齿圈系进口件。从图３和图４上可以清楚看出：　①Ｉ齿和Ⅱ齿齿面淬硬层深不一致，Ｉ齿的左　

侧齿面淬硬层深为４　ｍｍ，而右侧齿面淬硬层深仅仅　只有０．５　ｍｍ，该齿面有效硬化层深过浅；　②经台式洛氏硬度计检测，Ｉ齿右侧齿面硬度　

为３７ＨＲＣ以外，其余齿面硬度均为５４．５ＨＩ　。心　

部硬度均为３２．５ＨＲＣ。Ｉ齿右侧齿面硬度不够。　问题就出在Ｉ齿的右侧齿面：①有效硬化层过　

浅；②齿面硬度不够。而引发该齿面和类似齿面出　

现破坏性的点蚀和严重的齿面剥落，最终导致了齿　圈报废　该齿圈发生点蚀的实际情况，和样块分析　

的情况相吻合。　通过这一实例，充分说明：　

①导致该齿圈报废的主要原因，是由于进口齿圈　

热处理方面有缺陷，因感应器与齿轮耦合不当，产生的　

硬化层不良分布而导致齿面早期失效，是先天不足；　②不要迷信进口件，进口件也同样存在各种各　

样的质量缺陷，其中有的缺陷，将直接严重影响使用　

寿命，不可掉以轻心；　③对进口件，必须抓紧在索赔期内的质量检查，　把好质量关，不留隐患。　（见下期）　

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