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裝載機螺旋傘齒輪早期磨損原因分析與改進
2013-08-20
朱峰 趙士善 尹永偉
（山東臨工工程機械有限公司）
（山東臨工工程機械有限公司）
根據市場反饋，裝載機主傳動系統的主、從動螺旋傘齒輪易出現早期磨損問題，我們對其原因進行了系統分析，并采取措施予以解決。
1 原因分析
1.1 主、從動螺旋傘齒輪嚙合間隙不準確
裝配時主、從動螺旋傘齒輪齒側嚙合間隙調整不當，正常的嚙合間隙應為0.2～0.4mm。在實際裝配時，技術工人憑手感來確定間隙，易產生裝配誤差。
1.2 從動螺旋傘齒輪與差速器聯接結構不合理
由于從動螺旋傘齒輪與差速器聯接采用開槽螺母加開口銷鎖緊（見圖1），而螺栓的擰緊力矩往往達不到要求，開口銷又只能防脫落但不能防松動，使用一段時間后，由于振動等原因易使開槽螺母產生松動，引起從動螺旋傘齒輪與差速器聯接螺栓松動，導致從動螺旋傘齒輪竄動，引起齒面磨損和螺栓損壞。
1 原因分析
1.1 主、從動螺旋傘齒輪嚙合間隙不準確
裝配時主、從動螺旋傘齒輪齒側嚙合間隙調整不當，正常的嚙合間隙應為0.2～0.4mm。在實際裝配時，技術工人憑手感來確定間隙，易產生裝配誤差。
1.2 從動螺旋傘齒輪與差速器聯接結構不合理
由于從動螺旋傘齒輪與差速器聯接采用開槽螺母加開口銷鎖緊（見圖1），而螺栓的擰緊力矩往往達不到要求，開口銷又只能防脫落但不能防松動，使用一段時間后，由于振動等原因易使開槽螺母產生松動，引起從動螺旋傘齒輪與差速器聯接螺栓松動，導致從動螺旋傘齒輪竄動，引起齒面磨損和螺栓損壞。
另外，固定差速器總成軸承座的8.8級螺栓用鐵絲防松（見圖2），也存在松動的隱患，一旦松動，也會導致從動螺旋傘齒輪竄動，引起齒面磨損。
1.3 齒面硬度不均勻、輪齒淬火變形
齒面硬度不均勻、輪齒淬火變形也是造成齒面磨損的原因之一，從動螺旋傘齒輪直徑（410mm）較大，厚度尺寸（49mm）較小，屬盤類零件，在淬火時易產生變形，齒面硬度不均勻。
1.4 軸承預緊力的影響
按原設計要求，差速器兩端圓錐滾子軸承在裝配時沒有施加預緊力，使用一段時間后，配合間隙增大，差速器總成與從動螺旋傘齒輪會產生軸向竄動，傳遞動力時產生碰撞，從而引起齒面磨損。
1.5 螺旋角的影響
齒面硬度不均勻、輪齒淬火變形也是造成齒面磨損的原因之一，從動螺旋傘齒輪直徑（410mm）較大，厚度尺寸（49mm）較小，屬盤類零件，在淬火時易產生變形，齒面硬度不均勻。
1.4 軸承預緊力的影響
按原設計要求，差速器兩端圓錐滾子軸承在裝配時沒有施加預緊力，使用一段時間后，配合間隙增大，差速器總成與從動螺旋傘齒輪會產生軸向竄動，傳遞動力時產生碰撞，從而引起齒面磨損。
1.5 螺旋角的影響
原主、從動螺旋傘齒輪的螺旋角為15°，螺旋角較小，重疊系數小，從而使接觸面積小，在傳遞動力時接觸點受力增大，易引起疲勞磨損。
2 改進措施
2.1 加強裝配控制
（1） 在裝配時加強齒側嚙合間隙控制，通過改變調整墊片的厚度及調整螺母的位置，調整螺旋傘齒輪齒側嚙合間隙在0.2～0.4mm之間，并用塞尺檢驗。
（2） 調整螺旋傘齒輪嚙合印痕，用涂紅丹粉的方法檢驗。從動螺旋傘齒輪的嚙合印痕應該為：齒面接觸斑點沿齒高方向長度為全齒高的37％～60％，沿齒長方向為齒長的35％～65％，工作齒面（凸面）的接觸斑點控制在齒的中部偏向小端，距小端為齒長的7％～15％，非工作齒面（凹面）的接觸斑點控制在齒的中部（見圖3）。
2 改進措施
2.1 加強裝配控制
（1） 在裝配時加強齒側嚙合間隙控制，通過改變調整墊片的厚度及調整螺母的位置，調整螺旋傘齒輪齒側嚙合間隙在0.2～0.4mm之間，并用塞尺檢驗。
（2） 調整螺旋傘齒輪嚙合印痕，用涂紅丹粉的方法檢驗。從動螺旋傘齒輪的嚙合印痕應該為：齒面接觸斑點沿齒高方向長度為全齒高的37％～60％，沿齒長方向為齒長的35％～65％，工作齒面（凸面）的接觸斑點控制在齒的中部偏向小端，距小端為齒長的7％～15％，非工作齒面（凹面）的接觸斑點控制在齒的中部（見圖3）。
2.2 結構改進
2.2.1 改進螺栓防松方式，引進高強度螺栓防松
（1） 改變從動螺旋傘齒輪與差速器聯接螺栓的結構，取消開口銷鎖緊的結構（見圖4），同時取消軸承座固定螺栓串聯鐵絲防松的結構（見圖5），全部采用高強度螺栓，螺栓性能等級由8.8級提高到10.9級。
2.2.1 改進螺栓防松方式，引進高強度螺栓防松
（1） 改變從動螺旋傘齒輪與差速器聯接螺栓的結構，取消開口銷鎖緊的結構（見圖4），同時取消軸承座固定螺栓串聯鐵絲防松的結構（見圖5），全部采用高強度螺栓，螺栓性能等級由8.8級提高到10.9級。
（2） 采用高強度墊圈，墊圈性能等級300HV。
（3） 裝配時涂高強度的螺紋鎖固劑。螺紋鎖固劑可用于承受強烈振動和沖擊的螺紋件的鎖固。通過改進，有效地防止了螺紋的松動現象，提高了聯接強度，避免了因螺母松動而引起的從動螺旋傘齒輪竄動。
2.2.2 改變主、從動螺旋傘齒輪的螺旋角
主、從動螺旋傘齒輪的螺旋角由15°改為35°，加大了重疊系數，在傳遞動力時使接觸點增多，受力面積增大，不容易引起疲勞磨損。
（3） 裝配時涂高強度的螺紋鎖固劑。螺紋鎖固劑可用于承受強烈振動和沖擊的螺紋件的鎖固。通過改進，有效地防止了螺紋的松動現象，提高了聯接強度，避免了因螺母松動而引起的從動螺旋傘齒輪竄動。
2.2.2 改變主、從動螺旋傘齒輪的螺旋角
主、從動螺旋傘齒輪的螺旋角由15°改為35°，加大了重疊系數，在傳遞動力時使接觸點增多，受力面積增大，不容易引起疲勞磨損。
2.3 工藝改進
（1） 加強螺旋傘齒輪滲碳層深度控制，改進淬火工藝，采用壓淬法，即淬火時采用壓淬設備，將各齒同時壓緊。這種方法可有效地防止齒面變形，提高齒輪淬火精度。
（2） 主、從動螺旋傘齒輪加工為成品后，用專用機床進行選配研磨，配對包裝，可有效地保證齒輪的配合尺寸，使齒面重疊系數較大。
2.4 增加軸承預緊力
適當增加主傳動（主螺旋傘齒輪和差速器）圓錐滾子軸承預緊力，不僅能提高旋轉精度和支承剛度，以及軸承的使用壽命，還能防止因軸承間隙過大而引起的從動螺旋傘齒輪竄動。
（1） 加強螺旋傘齒輪滲碳層深度控制，改進淬火工藝，采用壓淬法，即淬火時采用壓淬設備，將各齒同時壓緊。這種方法可有效地防止齒面變形，提高齒輪淬火精度。
（2） 主、從動螺旋傘齒輪加工為成品后，用專用機床進行選配研磨，配對包裝，可有效地保證齒輪的配合尺寸，使齒面重疊系數較大。
2.4 增加軸承預緊力
適當增加主傳動（主螺旋傘齒輪和差速器）圓錐滾子軸承預緊力，不僅能提高旋轉精度和支承剛度，以及軸承的使用壽命，還能防止因軸承間隙過大而引起的從動螺旋傘齒輪竄動。
3 結束語
通過以上改進，解決了主、從動螺旋傘齒輪磨損問題，提高了產品質量，配以合理潤滑，定期維護，有效地延長了傳動系統的使用壽命。通過在ZL50F 型裝載機主傳動上實際應用，效果良好。
通過以上改進，解決了主、從動螺旋傘齒輪磨損問題，提高了產品質量，配以合理潤滑，定期維護，有效地延長了傳動系統的使用壽命。通過在ZL50F 型裝載機主傳動上實際應用，效果良好。
來源：《工程機械》第40卷 2009年7月
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