• 68 •内燃机与配件某柴油机液压泵齿轮轴抱死故障浅析 Fault Analysis of A Diesel Engine Hydraulic Pump Gear Shaft Locking
李玉霞L I Y u-x i a
(广西玉柴机器股份有限公司，玉林537005 )
(Guangxi Yuchai M achinery Co.,Ltd.,Yulin537005, China)
摘要：针对某柴油机在整车厂开展整车试验验证过程中出现短里程的液压泵齿轮轴抱死故障，从设计计算、设计结构、装配工艺、润滑情况等方面进行深入分析，最终锁定的主要原因是润滑油路由于结构的缺陷导致润滑不足，齿轮轴与衬套之间的动压油膜无法 形成，在整车厂装上提升泵后，齿轮负载迅速增大，加速齿轮轴与衬套之间的磨损直至抱死。为改善液压泵齿轮衬套的润滑，采取了措 施整改润滑油路结构，并通过了 300h可靠性试验验证，效果明显。经验总结是对于轴类零件的润滑，润滑油流通截面不能存在明显的 节流，在结构上确保允许一定的加工精度误差情况下，油路仍然畅通。 结晶氯化铝关键词：液压泵齿轮轴；衬套；抱死；润滑
0引言
笔者所在公司开发的一款柴油发动机，是配套110马力拖拉机的增压中冷优秀动力，主要工作动力为前端齿轮 系驱动的液压泵系统，动力传输的路径为：发动机燃烧做 功的动力输入寅曲轴正时齿轮寅惰齿轮寅液压泵惰齿 轮寅液压泵齿轮寅动力输出，输出功率限值为40kW。该 款柴油发动机采用国际先进的瞬态响应燃烧技术，瞬态响 应快，同时依托载荷谱数据库专业开发，低油耗区域覆盖 常用工况，前端动力输出技术适合多功能液压系统的匹 配，使应用更为广泛，是非道路机械的首选动力，具有广阔 的配套应用前景。
1故障现象
该发动机在整车厂开展整车试验验证过程中，出现 了发动机无法起动的故障，拆解齿轮室后发现液压泵齿 轮内掉出很多铁（铜）屑，原与齿轮过盈配合的衬套已经 与轴抱死，液压泵齿轮轴端面上有明显磨损，轴上发蓝，有线状拉痕。
2原因分析
液压泵齿轮衬套与液压泵齿轮抱死，要从设计计算、设计结构、装配工艺、润滑情况等方面进行分析，下面逐项 进行分析排查。
2.1液压泵齿轮系强度计算分析
液压泵输出功率限值为40kW，标定转速2300r/min，从齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度两方面对液压 泵齿轮系进行校核。
2.1.1齿根弯曲疲劳强度校核
计算应力为：
滓F:b^KA K'KF茁K，琢
许用应力为：
滓F p=滓
S F u i i n
滓MimYsiUsieli'Y KijY—X
^滓F
2.1.2齿面接触疲劳强度校核
计算应力为：
a n=ZB D Zn ZE Z着Z茁姨蓸u+L蔀K a K v K h p K,
雅施达许用应力为：
安全系数为
微型光纤光谱仪
滓h
上述公式中各符号所代表的含义：
F，分度圆上的圆周力；Zuu单对齿啮合系数；Z h节点区 域系数;ZE材料弹性系数；Z着接触I重合度系数;Zp接触丨螺旋角系数；齿数比K a使用系数；Kv动载系数；K l t o接触I 齿间载荷分布系数;Kllp接触I齿面载荷分布系数;K fo弯曲丨齿间载荷分布系数;K f茁弯曲I齿面载荷分布系数；滓1&，接触 疲劳极限；Z nt接触I寿命系数；ZU,K润滑油膜影响系数；Z w 齿面工作硬化系数；Z x接触I尺寸系数；S l k l m接触最小安全 系数;crM,m弯曲疲劳极限；YS I.应力修正系数;Y_w弯曲I寿命 系数；YMi齿根圆角敏感系数；Yaeli齿根圆角表面系数；Y x弯曲I尺寸系数；S f,™弯曲最小安全系数；椎d齿宽系数 b/d1;Y fs复合齿形系数;Ys弯曲I重合度系数;Yp弯曲I螺旋 角系数。
计算结果见表1，由此可见，整个液压泵齿轮系的强 度满足要求。
表1液压泵齿轮系校核结论
最大功率40kW
齿根弯曲安全系
数Root Safety
齿面接触安全系
数Flank Safety
结论AVL推荐值>1.3>1.0/
液压泵齿轮 3.8 1.47合格
液压泵惰齿轮 3.67 1.52合格惰齿轮 3.52 1.76合格
曲轴正时齿轮 3.75 1.64合格
2.2 设计结构校核
液压泵齿轮与液压泵齿轮轴之间是相对转动的关系，为了保持旋转精度，减少轴和齿轮内孔之间的磨损，轴上 已设计有润滑油道，供油充分，选择滑动轴承的形式。滑动 轴承与齿轮是过盈配合，为了便于安装，采用整体式滑动
Internal Combustion Engine & Parts • 69 •
轴承，即衬套（卷制轴套）。衬套还具有结构简单、径向尺寸 小、易于制造等优点。在材料匹配上，按用较软材料与较硬
材料组成转动摩擦副的原则，轴采用45号钢调质处理，硬 度为（26〜32 )HRC 。衬套选择具有良好的耐磨性、减摩性、 抗胶合能力并有足够强度的材料，采用CuPb 10Sn 10铜合 金加St 37-2G 钢背材料，合金层硬度为（65〜95)HBW ，材 料选型和匹配上符合设计规范要求。结构布置上采用了油 道对摩擦副进行强制润滑，在衬套和轴之间形成了动压油 膜，减少了磨损。
公差配合的校核，液压泵齿轮与衬套之间是过盈配 合，过盈量为0.072〜0.136mm ，液压泵齿轮组件（衬套压装 入液压泵齿轮后成为组件）与液压泵齿轮轴之间是间隙配 合，间隙量为0.035〜0.071mm ，公差配合选择符合设计规 范要求。
2.3液压泵齿轮装配工艺分析生卒年月
工业控制计算机
液压泵齿轮装配工艺流程：
① 在液压泵齿轮轴上涂适量的机油，将液压泵齿轮穿
过液压泵传动花键装到液压泵齿轮轴上，再用挡圈25锁
紧齿轮。
② 检查齿轮啮合间隙：用塞尺分别检测液压泵惰齿轮
与正时惰齿轮、液压泵齿轮啮合处两侧的间隙，啮合间隙 控制范围：0.07耀0.25mm 。
③ 用两颗10.9级法兰面螺栓M 8穿过垫块和液压泵 齿轮压板将垫块装到齿轮室上，螺栓要求拧入2耀3牙，再 用定力矩风动扳手按35N .m 打紧，随后用定扭矩扳手按 35N .m 上紧；待上紧后用MARK 笔在螺栓头部与压板接 合处点标记。
④ 装齿轮室润滑油管焊接件：用两个铰接螺栓及垫圈 将齿轮室润滑油管焊接件一头接到液压泵齿轮轴上，另一 头接到液压泵齿轮压板下方，铰接螺栓要求用定力矩扳手 按 20N .m (M 8、M 10)上紧。
液压泵齿轮装配工艺较为合理，与齿轮轴抱死故障 无关。
2.4润滑油路分析
按照整机的布置，气缸体油道引至液压泵惰齿轮处， 通过外接油管的方式，把机油接入液压泵齿轮组件，见图 1润滑油路示意图。润滑油行走的路线为：外接油管寅齿 轮室寅液压泵齿轮轴寅衬套。齿轮室与液压泵齿轮轴的油 道接□是两个孔径均为囟4的孔，在制造过程中零件的一 致性保证稍有偏差，两油孔就会出现不对孔现象，进而减 少来油量，甚至可能出现两孔无法对上的情况。从回场的 的故障件来看，离齿轮轴润滑油输入孔较远的地方烧瓦程 度最严重，在出厂试机时，由于液压泵齿轮没有负载，润滑
油较少时齿轮衬套的发热量也不会太大，不会造成烧瓦， 当在整车厂装上提升泵后，齿轮负载迅速增大，如果此时 润滑出现不良，就会出现烧瓦现象。分析下来，润滑油路出 现缺油的情况是液压泵齿轮轴抱死的最主要原因，而造成 整个润滑油路缺油的，最可能的原因是齿轮室与液压泵齿 轮轴的油道接□不能很好地对上，需对油道接□位置进行 整改，确保在允许一定的加工精度误差情况下，油路仍然 畅通无节流。
3整改措施
通过对液压泵齿轮轴抱死故障进行多方面原因的分 析，最终锁定了液压泵齿轮轴抱死的最主要原因是齿轮室 与液压泵齿轮轴的囟4油道接□不能很好地对上造成润 滑油路缺油。经过设计评审，为改善液压泵齿轮衬套的润
滑，采取以下两项措施：
① 液压泵齿轮轴径向润滑油孔由一个囟4孔，更改为
将囟4孔贯穿打通，即增加多一个润滑油出口。
德鲁兹人② 在两个出油孔孔□处增加3倍直径（即12mm )宽
度，1mm 深度的小平台，使得齿轮室与液压泵齿轮轴的
囟4油道接□不能很好对上时，从齿轮室流过来的润滑油
仍能通过小平台的过渡，顺畅流到衬套处。整改前后对比
图见图 2。
图2液压泵齿轮轴润滑油道更改前后对比
4试验验证
对整改件装机开展300h 拖拉机模拟工况可靠性试 验，本次试验主要目的是考核液压泵惰齿轮轴抱死整改样 件，共进行了 300h 可靠性试验，试验结论为：
4.1整机性能
可靠性前整机性能：可靠性前各性能参数在合格范围
内。可靠性后整机性能：可靠性后各性能参数在合格范围 内。可靠性前/后整机性能指标变化情况：可靠性前后性能 指标劣化在3%c 范围内。4.2 整机可靠性本次试验按《QC /T 901—1998汽车发动机产品质量检 验评定方法》进行扣分评定，整机累计扣分值为0分，本次
试验整机考核判定为通过。
4.3 主要考核件液压泵齿轮轴，考核标准：无异常磨损、崩裂。试验结
论：改善磨损效果明显，试验验证通过。
5结论齿轮轴在短时间运转过程中出现抱死故障，最主要的 原因是润滑不足，齿轮轴与衬套之间的动压油膜无法形 成，需从润滑油路作为切入点，深入剖析结构上存在的问 题并组织设计改进。对于轴类零件的润滑，润滑油流通截 面不能存在明显的节流，在结构上确保允许一定的加工精 度误差情况下，
油路仍然畅通。
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