液压泵组花键失效综合研究

　　1 概 况

　　某型打桩船液压泵站系统的布置形式为柴油机通过LT220高弹性摩擦离合器、分动箱同时驱动5台液压泵,产生高压液压油,完成液压系统动力源的配置。在液压泵站(见图1)运行时,出现1号高压油泵组失压的现象,液压系统不能正常工作。

　　2 花键失效现象

　　通过对发生失效的1号高压油泵组拆机检查发现:

　　(1) 1号花键副完全磨损而滑转;其它花键副都已严重磨损,并且内外花键都有严重的磨损(见图2)。

　　(2)内花键磨损严重,内外花键接触面基本已被磨损殆尽,但油泵外花键还能看到清晰的花键轮廓,内花键两头未接触部分完好,但两端呈现油红亮色谱。

　　(3)内外花键的磨损均为受力面单面磨损,另一面基本无磨损,加工痕迹明显。

　　(4)磨损齿面局部沿周向均存在过热现象。

　　(5)在内花键内有磨损物,磨损物呈黄油粉末状,其中有一对磨损物呈铁红粉末状。其中一个花键还在长度方向近中部有"发蓝"的咬点,并沿圆周方向均存在。

　　(6)内花键与外花键轴端面接触的位置和外花键中部位置损坏最严重。

　　3 花键失效影响因素分析

　　花键副传递功率失效的原因是复杂的,是多方面因素综合作用的结果。本文从花键副失效现象入手,从花键副的设计、机加工和热处理工艺、安装工艺等方面对花键副失效进行分析。

　　3.1 花键设计和机加工对花键副失效的影响

　　油泵传动内外花键均按照DIN5480规范设计,在满足一定安全系数的情况下,接触强度和剪切强度都能够满足船规要求。设计时充分考虑了内外花键的加工误差和啮合误差,在保证内外花键安装良好的情况下尽可能使啮合侧隙在下公差范围内。内花键设计时采用与轴一体的结构形式,以轴上轴承档为基准,插齿加工内花键,有效地保证了内花键与轴的同心度要求,从设计上减少了因键与轴不同心引起的额外附加应力。

　　从该型打桩船一对未发生相对滑动的花键副来看,即使磨损至各自只剩下1/2齿厚时,还能正常传递功率工作,没有产生断齿现象,且该船工作时未发生超载,这表明内外花键设计接触强度和剪切强度皆可满足实际工作要求,因此花键设计和加工对花键副失效影响较小。

　　3.2 花键热处理工艺对失效的影响

　　花键热处理工艺对花键连接强度起着关键的作用,未经热处理的花键极易造成传递扭矩时接触部分金属发生周向塑性位移,直至剪断。因此分析花键副失效时必须考虑花键热处理工艺对花键副连接失效的影响。

　　油泵轴头花键材质为21CrNMio2,热处理工艺为渗碳淬火+回火。对该轴进行取样检测,轴齿渗碳层深度为1.0~1.1mm;渗碳层组织表层为隐针马氏体,心部为低碳板条马氏体;渗碳层的硬度变化梯度如表1所示。外花键轴齿单向磨损,磨损处的渗碳层深度只有0.20mm,未磨损处渗碳层深度1.0~1.1mm。