詳解裝載機驅動橋行星齒輪架磨損原因

【轉自　工程機械與維修】

1.故障現象

某5t輪式裝載機在使用過程中出現驅動橋輪邊減速器異常發熱現象。拆解檢查后發現，齒輪傳動系統運轉良好，磨損量不大，但是輪邊減速器的行星齒輪架磨損嚴重，行星齒輪側面的墊片已完全陷入行星齒輪架內。齒輪油變質發黑，行星齒輪架磨損情況如圖1所示。

圖1 行星齒輪架及其墊片磨損

2.行星齒輪架結構

該裝載機采用整體式驅動橋，具有2級減速裝置。驅動橋中間為采用圓錐齒輪主減速器，主減速器內設有采用圓錐齒輪的差速器。輪邊減速器采用直齒行星齒輪減速器。該驅動橋具有結構緊湊、減速比大等特點，適用低轉速大扭矩的裝載機等工程機械。

在裝載機工作過程中，輪邊減速器的行星齒輪在行星齒輪架上轉動。為了減少兩者間的摩擦，在行星齒輪和行星齒輪架之間設置了墊片改進前行星齒輪結構如圖2所示。

圖2   改進前行星齒輪架結構

行星齒輪采用30CrMnTi鋼，整體滲碳處理后表面硬度為56-62HRC。行星齒輪墊片采用45鋼，淬火處理后硬度為40-45HRC。行星齒輪架采用QT450-10，回火處理后硬度為160-210HB。這3種零件中行星齒輪架的硬度較低，耐磨性較差。

3.磨損原因分析

從受力情況分析，直輪齒輪僅受徑向力，沒有軸向力，齒輪端面的摩擦力很小。但在裝載機作業過程中頻繁轉向，轉彎時差速器內的圓錐齒輪會產生軸向力，該軸向力通過摩擦力作用在輪邊減速器上，進而作用在行星齒輪上。裝載機轉彎時輪邊減速器內零件產生的慣性力，也會作用在行星齒輪上產生軸向力，這些軸向力使行星齒輪、墊片與行星齒輪架之間產生較大的摩擦力。

根據輪邊減速器結構，我們分析設計意圖，增加墊片的目的是將行星齒輪與行星齒輪架之間的相對轉動，轉移到行星齒輪與墊片之間的相對轉動，使行星齒輪架與墊片之間不轉動，從而保護硬度較低的行星齒輪架。但該墊片未與行星齒輪架固定，造成摩擦可發生在行星齒輪與墊片之間，也可發生在墊片與行星齒輪架之間。

墊片采用雙光面結構，沒有儲油槽，油液無法流動。當行星齒輪、墊片及行星齒輪架之間因摩擦導致溫度升高時，其摩擦面之間油膜溫度升高，無法循環冷卻，使潤滑油黏度下降、油膜破裂、潤滑失效，甚至出現干摩擦，從而導致加劇磨損。因行星齒輪架硬度較低，耐磨性較差，其磨損最為嚴重。

4.改進措施

針對行星齒輪架磨損嚴重問題，我們采取以下2項改進措施：一是保護硬度較低的行星齒輪架，使相對摩擦發生在硬度較高、耐磨性較好的行星齒輪與墊片之間；二是增加摩擦面之間的潤滑、冷卻，使摩擦面的溫度降低，防止此處油膜被破壞。基于以上分析，我們對該墊片結構進行了改進。

原行星齒輪墊片較厚，將其拆分為2個墊片，其中靠近行星齒輪的墊片采用耐磨高分子材料，以增加其耐磨性能。在該墊片上增設半徑為3mm的油槽，以加快油液流動，降低摩擦面溫度。

靠近行星齒輪架的墊片采用Q235A鋼板沖壓而成，在該墊片上設置卡槽，在行星齒輪架相對位置增加凸起卡塊，與該墊片上的卡槽卡緊成為止動墊片，使該止動墊片固定在行星齒輪架上，使其在工作過程中與行星齒輪架不產生相對轉動，以減小行星齒輪架的磨損，增加其使用壽命。如圖3所示。

圖3 改進后行星齒輪架結構

5.改進效果

我們將制作好墊片及帶卡槽的行星齒輪架安裝在輪邊減速器上，并將其單邊、對角安裝在1臺裝載機試驗機的前、后橋上進行對比試驗。經過500h強化試驗，新結構輪邊減速器磨損只發生在行星齒輪、高分子材料墊片之間，且磨損量很小，而止動墊片和行星齒輪架之間幾乎沒有發生磨損。目前改進設計的輪邊減速器已進行批量生產。