装载机驱动桥行星齿轮架磨损原因及改进措施

1.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

2.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。

3.磨损原因分析

从受力情况分析，直轮齿轮仅受径向力，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。

4.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，使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

5.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。

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