裝載機齒輪泵斷裂分析及建議

     據報道，在裝載機齒輪泵的應用中齒輪斷裂。為了查明故障原因，從故障齒輪入手，結合齒輪受力情況和冷熱加工因素，進行檢測分析，針對齒輪斷裂原因采取針對性的改進和預防措施，避免類似事故的發生。

     通過理化檢驗和分析，發現斷裂齒輪的化學成分、非金屬夾雜物含量、擴散層和基體顯微組織符合標準要求，而表面硬度、擴散層深度和復合層深度不符合技術要求。

     合理控制復合層的厚度和相結構可以提高滲氮表面的耐磨性和耐腐蝕性。由此可見，這種齒輪的滲氮工藝還有待改進。擴散層結構正常，但深度不符合標準要求(節圓和齒根處)。可見，這兩項滲氮質量指標不符合技術要求。滲氮后，足夠深度的滲氮層是保持滲氮層不疲勞失效的基本條件，擴散層在強化中起主要作用，其深度和合理的硬度梯度是保持較好表面應力狀態的重要指標。齒輪硬度梯度平緩，但較淺，尤其是齒根處只有0.32mm，是較低要求的64%，大大降低了齒輪的許用彎曲強度和疲勞強度，影響其使用壽命。

     一般情況下，裝載機齒輪泵的齒根承受很大的拉應力，扭矩傳遞的節圓承受很大的壓應力。但這兩個關鍵部位的表面硬度和滲氮深度明顯不足，肯定會降低其強度和使用性能，這是齒輪的薄弱環節，也是疲勞損傷的前提條件。疲勞損傷的起源取決于應力集中的程度和施加載荷的大小。

     通過對斷口形貌的分析，可以看出裂紋起源于齒根，并由此產生許多細小的臺階狀條紋，表明齒根處存在應力集中。由于齒輪幾何結構的特殊性，結構上的拐點使大量位錯因運動受阻而積累，并在齒根產生應力集中，為疲勞微裂紋的萌生創造了條件。在發動機運轉過程中，齒輪根部受到周期性的彎曲應力和偶發性的沖擊載荷，低表面硬度和淺氮化層導致彎曲強度顯著降低，最終因齒輪整體承載能力不足而引發疲勞裂紋并進一步擴展。

結論和建議:

     (1)裝載機齒輪泵齒輪的三個齒輪相繼斷裂。一檔齒輪的斷裂方式為低應力高周疲勞，裂紋起源于嚙合面應力側的齒根，為應力集中型多源疲勞裂紋。

     (2)齒輪滲氮質量差，如齒根表面硬度低，滲氮層深度和復合層厚度淺，大面積疏松剝落，降低了齒輪的彎曲疲勞強度。齒輪泵斷裂的主要原因是疲勞裂紋在應力集中的齒根處產生并擴展。

     根據斷齒原因，提出以下建議:

     (1)督促供應商加強熱處理質量的監督和控制，以保持齒輪的滲氮質量。

     (2)加強供需雙方的技術溝通，完善技術細節，明確齒輪的質檢部位，從生產源頭上禁止不合格品的進一步流通。
     (3)加強裝載機齒輪泵外購件的復驗，充分發揮理化檢驗的及時性和有用性。