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装载机驱动桥行星齿轮架磨损原因及改进措施

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刘国锁

(厦门厦工桥箱有限公司)

  一.故障现象

  某5t轮式装载机在使用过程中出现驱动桥轮边减速器异常发热现象。

  拆解检查后发现,齿轮传动系统运转良好,磨损量不大,但是轮边减速器的行星齿轮架磨损严重,行星齿轮侧面的垫片已完全陷入行星齿轮架内。

  齿轮油变质发黑,行星齿轮架磨损情况如图1所示。


图1 行星齿轮架及其垫片磨损

  二.行星齿轮架结构

  该装载机采用整体式驱动桥,具有2级减速装置。驱动桥中间为采用圆锥齿轮主减速器,主减速器内设有采用圆锥齿轮的差速器。

  轮边减速器采用直齿行星齿轮减速器。该驱动桥具有结构紧凑、减速比大等特点,适用低转速大扭矩的装载机等工程机械。

  在装载机工作过程中,轮边减速器的行星齿轮在行星齿轮架上转动。

  为了减少两者间的摩擦,在行星齿轮和行星齿轮架之间设置了垫片改进前行星齿轮结构如图2所示。


图2 改进前行星齿轮架结构

  行星齿轮采用30CrMnTi钢,整体渗碳处理后表面硬度为56-62HRC。行星齿轮垫片采用45号钢,淬火处理后硬度为40-45HRC。

  行星齿轮架采用QT450-10,回火处理后硬度为160-210HB。

  这3种零件中行星齿轮架的硬度较低,耐磨性较差。

  三.磨损原因分析

  从受力情况分析,直齿轮仅受径向力,没有轴向力,齿轮端面的摩擦力很小。

  但在装载机作业过程中频繁转向,转弯时差速器内的圆锥齿轮会产生轴向力,该轴向力通过摩擦力作用在轮边减速器上,进而作用在行星齿轮上。

  装载机转弯时轮边减速器内零件产生的惯性力,也会作用在行星齿轮上产生轴向力,这些轴向力使行星齿轮、垫片与行星齿轮架之间产生较大的摩擦力。

  根据轮边减速器结构,我们分析设计意图,增加垫片的目的是将行星齿轮与行星齿轮架之间的相对转动,转移到行星齿轮与垫片之间的相对转动,使行星齿轮架与垫片之间不转动,从而保护硬度较低的行星齿轮架。

  但该垫片未与行星齿轮架固定,造成摩擦可发生在行星齿轮与垫片之间,也可发生在垫片与行星齿轮架之间。

  垫片采用双光面结构,没有储油槽,油液无法流动。

  当行星齿轮、垫片及行星齿轮架之间因摩擦导致温度升高时,其摩擦面之间油膜温度升高,无法循环冷却,使润滑油黏度下降、油膜破裂、润滑失效,甚至出现干摩擦,从而导致加剧磨损。

  因行星齿轮架硬度较低,耐磨性较差,其磨损最为严重。

  四.改进措施

  针对行星齿轮架磨损严重问题,我们采取以下2项改进措施:一是保护硬度较低的行星齿轮架,使相对摩擦发生在硬度较高、耐磨性较好的行星齿轮与垫片之间;二是增加摩擦面之间的润滑、冷却,使摩擦面的温度降低,防止此处油膜被破坏。

  基于以上分析,我们对该垫片结构进行了改进。

  原行星齿轮垫片较厚,将其拆分为2个垫片,其中靠近行星齿轮的垫片采用耐磨高分子材料,以增加其耐磨性能。

  在该垫片上增设半径为3mm的油槽,以加快油液流动,降低摩擦面温度。

  靠近行星齿轮架的垫片采用Q235A钢板冲压而成,在该垫片上设置卡槽,在行星齿轮架相对位置增加凸起卡块,与该垫片上的卡槽卡紧成为止动垫片,使该止动垫片固定在行星齿轮架上,其在工作过程中与行星齿轮架不产生相对转动,以减小行星齿轮架的磨损,增加其使用寿命。如图3所示。


图3 改进后行星齿轮架结构

  五.改进效果

  我们将制作好垫片及带卡槽的行星齿轮架安装在轮边减速器上,并将其单边、对角安装在1台装载机试验机的前、后桥上进行对比试验。

  经过500h强化试验,新结构轮边减速器磨损只发生在行星齿轮、高分子材料垫片之间,且磨损量很小,而止动垫片和行星齿轮架之间几乎没有发生磨损。

  目前改进设计的轮边减速器已进行批量生产。
来源:《工程机械与维修》2017年第7期