CBGq3100型齿轮油泵设计及工艺分析.doc

摘 要
齿轮油泵是借一对相互啮合的齿轮，将原动机输出的机械能换为液压能的转换装置，在液压系统中作为提供一定流量，压力的液压能源。齿轮泵具有高效率、高性能、高耐压、高可靠性和安装维修方便等特点。论文简要介绍了齿轮油泵技术发展的意义及我国齿轮油泵行业的现状。分析了齿轮油泵在维修故障方面的热点问题及其在设计过程中改进的地方。泵体内设计浮动侧板，提高齿轮油泵的使用寿命。为提高泵的加工质量，研究了轴的加工工艺路线并编制其加工工艺卡。针对齿轮油泵在使用过程的密封、窜油等故障，提出其解决办法，最后对齿轮油泵的保养等提建议。

关键词：齿轮油泵 浮动侧板 加工工艺 维护保养

目 录
目 录

摘 要 I
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2 CBGq齿轮泵常见的问题 1
第二章 齿轮泵的设计方案 3
2.1齿轮油泵的结构及其原理分析 3
2.2结构方案改进 4
2.3密封的优化 4
第三章 主要设计计算 9
3.1齿轮油泵的流量核算 9
3.2主轴的校核计算 10
3.2.1水平面内截面弯矩 11
3.2.2总弯矩M核转矩T 11
3.3精确校核轴的疲劳强度 13
3.3.1确定危险截面 13
3.3.2求IV截面的应力 13
3.3.3综合影响因素 13
3.3.4计算安全因素 14
3.4轴承的强度校核计算 14
第四章 齿轮油泵轴的加工工艺 16
4.1齿轮轴的材料选择 16
4.2主轴的加工工艺改进 16
4.3齿轮轴的热处理 18
第五章 齿轮油泵故障与维修 19
5.1齿轮油泵常见问题及其解决方案 19
5.2齿轮油泵窜油问题及其解决方案 23
5.3主要零件的修复方法 25
5.4齿轮油泵的维修保养 27
第六章 总结与展望 28
致 谢 29
参考文献 30
附录 轴的加工工艺卡 31

33
第一章 绪论
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
CBGq系列齿轮油泵，是一种浮动侧板式高压齿轮油泵，具有高压力、排量大、寿命长、维修方便等特点，广泛应用于工程机械、推土机、起重机、叉车、压路机等工程机械液压系统。因此它的需求量非常的大。
在我国齿轮油泵行业市场上，具有一定规模的从业企业有2300多家。市场的离散度很高，尚处于自由竞争的分散状态。整个泵业市场虽有一个相对较强的第一集团，但没有绝对的行业老大。行业内各企业的竞争非常激烈，但市场份额越来越向几个优势企业集中。
从企业数量上看，股份制或股份合作制企业的比例最高，为55.2％。从销售收入来看，股份制或股份合作制企业的销售额占我国泵业市场的近一半份额，
该类企业以民营企业居多，主要提供通用泵类产品并服务于中低端市场。如果解决上述问题，不仅可以对使用客户有直接的好处，而且在节约资源，促进社会技术创新也有很大的意义。近两年来，该类企业更在技术创新、产品改进、质量提高以及品牌建设上苦下功夫，正在经历从技术引进、消化吸收、技术改进到自主研发的转型过程。今后几年，该类企业的潜力和实力将越来越大。
改革开放和中国的入世，全球各行业的一些跨国企业正在迅速占领中国市场。在泵行业，许多世界齿轮油泵业巨头已经在中国迅速抢占我国市场，有的在我国建立了加工基地。有的在我国设立代理形式的机构。他们主要服务于我国的中高端市场，中国各行业的快速发展及其对泵类产品的巨大需求已使很多国外泵业企业将业务重心移向中国。因此，今后几年我国齿轮油泵业高端市场的竞争将越发激烈。
如果解决上述问题，不仅可以对使用客户有直接的好处，而且在节约资源，促进社会技术创新也有很大的意义。
1.2 CBGq齿轮泵常见的问题
齿轮油泵适用于输送不含固体颗粒和纤维,无腐蚀性、温度不高于150℃、粘度为5～1500cst的润滑油或性质类似润滑油的其它液体。齿轮油泵在燃油系统中可用作输送、加压、喷射的燃油泵。齿轮油泵在输油系统中可用作传输、增压泵。齿轮油泵在一切工业领域中，均可作润滑油泵用。
齿轮油泵试用各类在常温下有凝固性及高寒地区室外安装和工艺过程中要求保温的场合。广泛应用于工程机械、推土机、起重机、叉车、压路机等工程机械液压系统。CBGq系列齿轮油泵，是一种浮动侧板式高压齿轮油泵具有高压力、排量大、寿命长、维修方便等特点，为达到其要求在设计时注意达到理论排量100.63mL/r额定压力20Mpa 最高25 Mpa额定转度 2250r/min最高2800r/min。而且要在设计时达到维修方便、减小摩擦，增加泵的使用寿命。
在实际的加工生产中一方面达不到理论上的油压值，另一方面这种齿轮泵的维修相当的不方便，由于在高压长时间的工作，由于摩擦等问题引起故障，可维修性不高，造成资源的浪费，为了提升它的性能和合格率，在设计和加工的部分过程中加以改进，以提高它的使用寿命。

第二章 齿轮泵的设计方案
第二章 齿轮泵的设计方案
2.1齿轮油泵的结构及其原理分析
泵主要由泵体、泵盖、齿轮、轴、轴承、及密封等部件构成。泵体为铸铁件、铸钢件；齿轮、轴采用特殊钢材，其表面硬度可达到HRC60以上，具有极强的耐磨性。齿轮经热处理有较高的硬度和强度，泵内所有运转部件均利用其输送的介质润滑。

图2.1油泵原理图
当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。
2.2结构方案改进
由于CBGq型齿轮油泵为工程机械、推土机、起重机、叉车、压路机等工程机械液压系统中提供动力装置，对其的性能及其使用寿命有较高的要求。所以在设计过程中加入浮动侧板，并合理设计它的尺寸，减小泵在工作过程中的摩擦，并保持它的内部结构的平衡。
一、提高CBGq3100齿轮油泵压力的措施为齿轮端面自动补偿的方法，设计浮动侧板
二、齿轮端面间隙自动补偿原理：

图2.2补偿原理图
浮动侧板式补偿装置的工作原理是利用特制的通道把泵内压油腔的压力油引到浮动侧板外侧，作用在一定形状和大小的面积（用密封圈分隔构成）上，产生液压作用力，使侧板压向齿轮端面，这个液压力的大小必须保证浮动侧板始终紧贴齿轮端面，减小端面轴向间隙泄漏，达到提高工作压力的目的。利用泵的出口压力油引到浮动侧板的背面,使之紧贴于齿轮的端面来补偿间隙。起动时,浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。
2.3密封的优化
在液压系统及其系统中，密封装置用来防止工作介质的泄漏及外界灰尘和异物的侵入。其中起密封作用的元件，即密封件。外漏会造成工作介质的浪费，污染机器和环境，甚至引起机械操作失灵及设备人身事故。内漏会引起液压系统容积效率急剧下降，达不到所需要的工作压力，甚至不能进行工作。侵入系统中的微小灰尘颗粒，会引起或加剧液压元件摩擦副的磨损，进一步导致泄漏。机械密封的工作原理机械密封又称端面密封,是旋转轴用动密封.机械密封性能可靠,泄露量小,使用寿命长,功耗低.毋须经常维修,且能适应于生产过程自动化和高温,低温,高压,真空,高速以及各种强腐蚀性介质.含固体颗粒介质等苛刻工况的饿密封要求.机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相对润动的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持接合并配以辅助密封而达到的阻漏的轴封装置.齿轮油泵对机械密封的要求,机械密封与软填料密封比较如下:
　 优点有：　1)密封可靠,在长期运转中密封状态很稳定,泄露量很小,其泄露约为软填料密封的1%，2)使用寿命长,在油,水介质中一般可达1--2年或更长.在化工介质中一般工作半年以上，3)擦功率消耗小,其摩擦功率仅为软填料密封的10%--50%，4)轴或轴套基本上不摩损，5)维修周期长.端面磨损后可自动补偿,一般情况下不需要经常性维修6)抗震性好,对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感，7)适用范围广,机械密封能用于高温,低温,高压,真空,不同旋转频率,以及各种腐蚀介质和含磨粒介质的密封.
缺点有:1)较复杂,对加工要求高，2)安装与更换比较麻烦,要求工人有一定的技术水平，3)发生偶然性事故时,处理较困难.
价高密封前的预备工作:
1)检查机械密封的型号.规格是否合设计图纸的要求,所以零件(非凡是密封面,辅助密封圈)有无损伤.变形.裂缝等现象,若有缺陷,必须更换或修复
2)检查机械密封各零件的配合尺寸,粗糙度,平行度是否符合设计要求
3)使用小弹簧机械密封时,应检查小弹簧的长短和刚性是否相同
4)检查主机的窜动量.摆动量和绕度是否符合技术要求,密封腔是否符合安装尺度,密封端盖与轴是否垂直,一般要求:轴窜动量不大于±0.5mm:轴摆动量(旋转环密封圈处)不大于0.06mm:轴最大绕度不大于0.05mm:密封端盖与垫片接触平面对中心线的不垂直度答应差0.03~0.05mm
5)应保持清洁,非凡是旋转环和静止环密封面及辅助密封圈表面应无杂质.灰尘.不答应用不清洁的不檫拭密封面.
6)不答应用工具敲击密封元件.以防止密封件被损坏.
泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：
(l)轴套与轴间的密封；(2)动环与轴套间的密封；(3)动、静环间密封；(4)对静环与静环座间的密封；(5)密封端盖与泵体间的密封。
1.安装静试时泄漏
机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。
2.试运转时出现的泄漏。泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：
(l)操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；(2)对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；(3)动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；(4)静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；(5)工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；(6)设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。
由于两密封端面失去润滑膜而造成的失效：
a)因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦；b)介质的低于饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑；c)如介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢或阻塞时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也造成介质压力低于其饱和蒸汽压的状况。
由于腐蚀而引起的机械密封失效：
a)密封面点蚀，甚至穿透。b)由于碳化钨环与不锈钢座等焊接，使用中不锈钢座易产生晶间腐蚀；c)焊接金属波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂。
由于高温效应而产生的机械密封失效：
a)热裂是高温油泵，如油渣泵、回炼油泵、常减压塔底泵等最常见的失效现象。在密封面处由于干摩擦、冷却水突然中断，杂质进入密封面、抽空等情况下，都会导致环面出现径向裂纹；b)石墨炭化是使用碳—石墨环时密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨环一旦超过许用温度(一般在-105～250℃)时，其表面会析出树脂，摩擦面附近树脂会发生炭化，当有粘结剂时，会发泡软化，使密封面泄漏增加，密封失效；c)辅助密封件(如氟橡胶、乙丙橡胶、全橡胶)在超过许用温度后，将会迅速老化、龟裂、变硬失弹。现在所使用的柔性石墨耐高温、耐腐蚀性较好，但其回弹性差。而且易脆裂，安装时容易损坏。
由于密封端面的磨损而造成的密封失效：
a)摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压(包括弹簧比压)过大等,都会缩短机械密封的使用寿命。对常用的材料，按耐磨性排列的次序为：碳化硅—碳石墨、硬质合金—碳石墨、陶瓷—碳石墨、喷涂陶瓷——碳石墨、氮化硅陶瓷——碳石墨、高速钢——碳石墨、堆焊硬质合金——碳石墨。b)对于含有固体颗粒介质，密封面进入固体颗粒是导致使密封失效的主要原因。固体颗粒进入摩擦副端面起研磨剂作用，使密封发生剧烈磨损而失效。密封面合理的间隙，以及机械密封的平衡程度，还有密封端面液膜的闪蒸等都是造成端面打开而使固体颗粒进入的主要原因。c)机械密封的平衡程度β也影响着密封的磨损。一般情况下，平衡程度β=75%左右最适宜。β<75%，磨损量虽然降低，但泄漏增加，密封面打开的可能性增大。对于高负荷(高PV值)的机械密封，由于端面摩擦热较大，β一般取65%～70%为宜，对低沸点的烃类介质等，由于温度对介质气化较敏感，为减少摩擦热的影响，β取80%～85%为好。
因安装、运转或设备本身所产生的误差而造成机械密封泄漏：
a)由于安装不良，造成机械密封泄漏。主要表现在以下几方面：1)动、静环接触表面不平，安装时碰伤、损坏；2)动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧；3)动、静环表面有异物；4)动、静环V型密封圈方向装反，或安装时反边；5)轴套处泄漏，密封圈未装或压紧力不够；6)弹簧力不均匀，单弹簧不垂直，多弹簧长短不一；7)密封腔端面与轴垂直度不够；8)轴套上密封圈活动处有腐蚀点。
b)设备在运转中，机械密封发生泄漏的原因主要有：1)泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定，密封腔内压力经常变化等均会导致密封周期性泄漏；2)摩擦副损伤或变形而不能跑合引起泄漏；3)密封圈材料选择不当，溶胀失弹；4)大弹簧转向不对；5)设备运转时振动太大；6)动、静环与轴套间形成水垢使弹簧失弹而不能补偿密封面的磨损；7)密封环发生龟裂等。
c)泵在停一段时间后再启动时发生泄漏，这主要是因为摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢、弹簧腐蚀、阻塞而失弹。
d)泵轴扰度太大。

第三章 齿轮油泵的主要设计计算
第三章 主要设计计算
3.1齿轮油泵的流量核算
齿轮泵的排量V相当于一对齿轮所有齿谷容积之和,假如齿谷容积大致等于轮齿的体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和,即相当于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面所扫过的环形体积,即：
CBGq3100的排量计算
100.63mL/r (3.1)
式中：D为齿轮分度圆直径，D=mz(cm);h为有效齿高,h=2m(cm)；B为齿轮宽(cm);m为齿轮模数(cm)；z为齿数。
实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大,故上式中的π常以3.33代替,则可写成：
(3.2)
齿轮泵的流量q(1/min)为：
(3.3)
式中：n为齿轮泵转速(rpm);ηv为齿轮泵的容积效率。
实际上齿轮泵的输油量是有脉动的,故式(3-12)所表示的是泵的平均输油量。
从上面公式可以看出流量和几个主要参数的关系为:
(1)输油量与齿轮模数m的平方成正比。
(2)在泵的体积一定时,齿数少，模数就大,故输油量增加,但流量脉动大;齿数增加时，模数就小,输油量减少,流量脉动也小。用于机床上的低压齿轮泵,取z=13～19,而中高压齿轮泵,取z=6～14,齿数z＜14时,要进行修正。
(3)输油量和齿宽B、转速n成正比。一般齿宽B=(6～10)m;转速n为750r/min：1000 r/min、1500r/min,转速过高，会造成吸油不足,转速过低，泵也不能正常工作。一般齿轮的最大圆周速度不应大于5～6m/s。
近似计算时，认为齿间的容积等于轮齿的体积，齿轮每转一周，排出的液体体积等于其中一个齿轮的所有齿间工作容积及其所有轮齿体积之和

（3.4）
式中 Z——齿轮齿数；
m——齿轮模数；
B——齿轮齿宽。
乘以系数1.06～1.12（齿数多时取小值，齿数小时取大值）加以修正。
（3.5）
齿轮泵的实际流量为
（3.6）
式中 ηpv——齿轮泵的容积效率。
齿数越少，δq越大，流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使系统产生振动和噪声。
3.2主轴的校核计算
（3.8）

（3.9）
（3.10）
支点反力 （3.11）
（3.12）
C截面弯矩 (3.13)
Ⅳ截面弯矩 (3.14)
3.2.1水平面内截面弯矩
支点反力 (3.15)
(3.16)
C截面弯矩（左侧） (3.17)
C截面弯矩（右侧）
(3.18)
Ⅳ截面弯矩 (3.19)
3.2.2总弯矩M和转矩T
C截面总弯矩（左侧）
(3.20)
Ⅳ截面总弯矩4
(3.21)
转矩 (3.22)
轴的弯矩和转矩如下图3-1：

图3-1弯矩和转矩受力图
通常取轴上承受最大弯矩和转矩且直径相对小的截面进行校核，本次设计可取C、Ⅳ两截面校核。取，可得，C截面计算应力
(3.23)
C截面计算应力
(3.24)
前已选轴的材料为20CrMnTi，根据线性插入法，查机械手册得对于的合金钢，承受对称循环变应力的许用应力，故安全。
3.3精确校核轴的疲劳强度
3.3.1确定危险截面
通常危险截面总是工作应力及应力集中较大的截面，如C、Ⅳ两截面。C截面处有键槽的应力集中，弯矩；Ⅳ截面处有圆角处的应力集中，弯矩。两处都可能是危险截面。
3.3.2求IV截面的应力
弯曲应力幅 (3.25)
弯曲平均应力
切应力幅和平均切应力
(3.26)
3.3.3综合影响因素
由机械手册查得轴上圆角处有效应力集中因数及。由，，，经插值后得：，。按材料为合金钢，毛坯直径d>80~100mm,查得、。按，，经插值后得：。
故综合影响因数为
（3.27） （3.28）
3.3.4计算安全因素
按等效因数，无限寿命（即），应力循环特性r等于常数计算，得：
(3.29)
(3.30)
P 所以， (3.31)
，安全。同理可以计算C截面的安全因数同样可靠。
3.4轴承的强度校核计算
如在轴的设计中提到的轴所采用的轴承为滚针轴承，型号为NKI65/35。可同时承受径向载荷和单向轴向载荷。
已知轴的转速==2250r/min
。常规运转条件，预期寿命。试校核所选轴承是否合适。
⑴确定33217轴承的主要性能参数
经机械手册查得，、、
⑵计算附件轴向力、
(3.32)
(3.33)
⑶计算轴向载荷、
由+>轴有向右移动的趋势，故轴承2被压紧，轴承1被放松，得
=+ (3.34)
==508N (3.35)
⑷确定因数X、Y
由 (3.36)
查手册得
由 (3.37)
查手册得
⑸计算当量动载荷
(3.38)
(3.39)
⑸验算轴承额定寿命
因，按计算，由手册得，滚针轴承，则
(3.40)
所选轴承寿命够用。经计算，其余个轴处的轴承均符合要求（校核过程从略）。

第四章 齿轮油泵轴的加工工艺
第四章 齿轮油泵轴的加工工艺
4.1齿轮轴的材料选择
通用齿轮油泵的选型包括提出原始条件、选择类型、确定规格等步骤。相比之下，类型选择比较简单，而准确提供齿轮油泵的工况条件，掌握齿轮油泵的设计、制造和使用特点是正确合理选择规格的关键。规格选择要满足强度、热平衡、轴伸部位承受径向载荷等条件。选择常用的材料为20CrMnTi。
4.2主轴的加工工艺改进
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，传统的轴类零件加工，轴颈的尺寸精度，
相互位置精度存在一定的影响，直接影响到轴在接卸运动中的位置和功用，甚至会影响传动精度，并产生噪声。所以在普通车床加工时为了轴的精确加工拟定新的工艺路线 ：
正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。
轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。
改进工件装夹方式：粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。
精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。
CBGq3100齿轮油泵的轴选用的材料是20CrMnTi的锻打毛坯。图4.1是轴的图样

图4.1 轴的零件图及其参数图
它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置。根据工作性能与条件，该传动轴图样(图A-1)规定了位置精度和较小的表面粗糙度值，这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈和外圆的加工。
2.确定毛坯
我们厂所生产的齿轮油泵的轴选用的材料是20CrMnTi的锻打毛配，材料的价格在5400元一吨。
3．确定主要表面的加工方法
传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面的公差等级较高。
4．划分阶段
对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。该传动轴加工划分为两个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)
5．加工尺寸和切削用量
传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。
6．拟定工艺过程
定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。
4.3齿轮轴的热处理
钢的渗碳是在钢件的渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面获得一定的表面含碳量和一定的碳浓度梯度的工艺。
渗碳的目的是使零件获得高的表面硬度，耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。根据所用渗碳剂在渗碳过程中聚集状态的不同，渗碳方法可分为固体渗碳法、液体渗碳法及气体渗碳法。在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺叫碳氮共渗。
渗碳(碳氮共渗)热处理质量受到材料、渗层表面硬度、心部硬度、渗层金相组织的制约。
热处理技术要求(a) 硬化层深度　由于起动电机轴齿轮模数小齿数少，若硬化层太浅，硬度会偏低，起不到耐磨作用；过厚则脆性过大，易崩齿。有效硬化层深度应在0.1～0.3之间，最好控制在0.15-0.25之间。(b) 表面硬度　表面硬度应在HR15N85-91之间。(c) 心部硬度　心部硬度过高，会降低轴齿轮的冲击韧性；心部硬度过低，则易出现心部屈服和渗层剥落，将心部硬度控制在30～45HRc较为理想。d) 渗层金相组织　实践证明，如果渗层中所形成的碳化物呈网状，渗层的脆性大，易于脱落。如碳化物呈粒状时，可使耐磨性和接触疲劳性能得到大大改善。

第五章 齿轮油泵故障与维修
第五章 齿轮油泵故障与维修
5.1齿轮油泵常见问题及其解决方案
齿轮油泵是通过一对参数和结构相同的渐开线齿轮的相互滚动啮合，将油箱内的低压油升至能做功的高压油的重要部件。是把发动机的机械能转换成液压能的动力装置。该泵流量大，可靠性好。在其使用过程中容易出现以下故障。油泵内部零件磨损油泵内部零件磨损会造成内漏。其中浮动轴套与齿轮端面之间泄漏面积大，是造成内漏的主要部位。这部分漏损量占全部内漏的50%~70%左右。磨损内漏的齿轮泵其容积效率下降，油泵输出功率大大低于输入功率。其损耗全部转变为热能，因此会引起油泵过热。若将结合平面压紧，因工作时浮动轴套会有少量运动而造成磨损，结果使农具提升缓慢或不能提升，这样的浮动轴套必须更换或修理。油泵壳体的磨损主要是浮动轴套孔的磨损齿轮工作受压力油的作用，齿轮尖部靠近油泵壳体，磨损泵体的低压腔部分。另一种磨损是齿轮油泵壳体内工作面成圆周似的磨损，这种磨损主要是添加的油液不净所致，所以必须添加没有杂质的油液。
一、油泵内部零件磨损
油泵内部零件磨损会造成内漏。其中浮动轴套与齿轮端面之间泄漏面积大，是造成内漏的主要部位。这部分漏损量占全部内漏的50%~70%左右。磨损内漏的齿轮泵其容积效率下降，油泵输出功率大大低于输入功率。其损耗全部转变为热能，因此会引起齿轮油泵过热。若将结合平面压紧，因工作时浮动轴套会有少量运动而造成磨损，结果使农具提升缓慢或不能提升，这样的浮动轴套必须更换或修理。
二、油泵壳体的磨损
主要是浮动轴套孔的磨损（齿轮轴与轴套的正常间隙是0.09~0.175mm，最大不得超过0.20mm）。齿轮工作受压力油的作用，齿轮尖部靠近油泵壳体，磨损泵体的低压腔部分。另一种磨损是壳体内工作面成圆周似的磨损，这种磨损主要是添加的油液不净所致，所以必须添加没有杂质的油液。
三、油封磨损，胶封老化
卸荷片的橡胶油封老化变质，失去弹性，对高压油腔和低压油腔失去了密封隔离作用，会产生高压油腔的油压往低压油腔，称为“内漏”，它降低了油泵的工作压力和流量。CB46齿轮泵它的正常工作压力为100--110kg/平方厘米，正常输油量是46L/min，标准的卸荷片橡胶油封是57×43。自紧油封是PG25×42×10的骨架式油封，它的损坏或年久失效，空气便从油封与主轴轴颈之间的缝隙或从进油口接盘与油泵壳体结合处被吸入油泵，经回油管进入油箱，在油箱中产生大量气泡。会造成油箱中的油液减少，发动机油底槽中油液增多现象，使农具提升缓慢或不能提升。必须更换油封才可排除此故障。
四、机油泵供油量不足或无油压
现象：工作装置提升缓慢，提升时发抖或不能提升；油箱或油管内有气泡；提升时液压系统发出“唧、唧”声音；拖拉机刚启动时工作装置能提升，工作一段时间油温升高后，则提升缓慢或不能提升；轻负荷时能提升，重负荷时不能提升。
原因分析：可能是齿轮油泵内液压油箱油面过低； 没按季节使用液压油； 进油管被脏物严重堵塞；齿轮油泵的液压油过脏。应该注意保持齿轮油泵内地油量，保持液压油和管道的清洁。
五、产生振动与噪声的原因与排除
(一)吸入空气
1.齿轮泵的泵体与两侧端盖为直接接触的硬密封，若接触面的平面度达不到规定要求，则泵在工作时容易吸入空气；同样，泵的端盖与压盖之间也为直接接触，空气也容易侵入；若压盖为塑料制品，由于其损坏或因温度变化而变形，也会使密封不严而进入空气。排除这种故障的方法是：当泵体或泵盖的平面度达不到规定的要求时，可以在平板上用金钢砂按"8"字形路线来回研磨，也可以在平面磨床上磨削，使其平面度不超过5μm，并需要保证其平面与孔的垂直度要求；对于泵盖与压盖处的泄漏，可采用涂敷环氧树脂等胶粘剂进行密封。
2.对泵轴一般采用骨架式油封进行密封。若卡紧唇部的弹簧脱落，或将油封装反，或其唇部被拉伤、老化，都将使油封后端经常处于负压状态而吸入空气，一般可更换新油封予以解决。
3.油箱内油量不够，或吸油管口未插至油面以下，泵便会吸入空气，此时应往油箱内补充油液至油标线；若回油管口露出油面，有时也会因系统内瞬间负压而使空气反灌进入系统，所以回油管口一般也应插至油面以下。
4.泵的安装位置距油面太高，特别是在泵转速降低时，因不能保证泵吸油腔有必要的真空度造成吸油不足而吸入空气。此时应调整泵与油面的相对高度，使其满足规定的要求。
5.吸油滤油器被污物堵塞或其容量过小，导致吸油阻力增加而吸入空气；另外，进、出油口的口径较大也有可能带入空气。此时，可清洗滤油器，或选取较大容量、且进出口径适当的滤油器。如此，不但能防止吸入空气，还能防止产生噪声。
(二)机械原因
1.泵与联轴器的连接因不合规定要求而产生振动及噪声。应按规定要求调整联轴器。
　2.因油中污物进入泵内导致齿轮等部件磨损拉伤而产生噪声。应更换油液，加强过滤，拆开泵清洗；对磨损严重的齿轮，须修理或更换。
3.泵内零件损坏或磨损严重将产生振动与噪声：如齿形误差或周节误差大，两齿轮接触不良，齿面粗糙度高，公法线长度超差，齿侧隙过小，两啮合齿轮的接触区不在分度圆位置等。此时，可更换齿轮或将齿轮对研。同时，轴承的滚针保持架破损、长短轴轴颈及滚针磨损等，均可导致轴承旋转不畅而产生机械噪声，此时需拆修齿轮泵，更换滚针轴承。
4.齿轮轴向装配间隙过小；齿轮端面与前后端盖之间的滑动接合面因齿轮在装配前毛刺未能仔细清除，从而运转时拉伤接合面，使内泄漏大，导致输出流量减少；污物进入泵内并楔入齿轮端面与前后端盖之间的间隙内拉伤配合面，导致高低压腔因出现径向拉伤的沟槽而连通，使输出流量减小。对上述情况应分别采用以下措施修复。拆解齿轮泵，适当地加大轴向间隙即研磨齿轮的端面；用平面磨床磨平前后盖端面和齿轮端面，并清除轮齿上的毛刺(不能倒角)；经平面磨削后的前后端盖其端面上卸荷槽的深度尺寸会有变化，应适当增加宽度。
(三)其他原因　
1、输出流量不足 ①油温高将使其黏度下降、内泄漏增加，使泵输出流量减小。应查明原因采取措施；对于中高压齿轮泵，须检查密封圈是否破损。②选用油的黏度过高或过低，均会造成泵的输出流量减少，应使用黏度合格的油品。③发动机转速不够，造成流量减小。应查明原因并加以排除。
2、旋转不畅 ①轴向间隙或径向间隙太小。重新加以调整修配。②齿轮油泵内有污物。解体以清除异物。③装配有误。齿轮泵两销孔的加工基准面并非装配基准面，如先将销子打入，再拧紧螺钉，泵会转不动。正确的方法是，边转动齿轮泵边拧紧螺钉，最后配钻销孔并打入销子。④泵与发动机联轴器的同轴度差。同轴度应保证在0.1mm以内。⑤泵内零件未退磁。装配前所有零件均须退磁。　　⑥滚针套质量不合格或滚针断裂。修理或更换。⑦工作油输出口被堵塞。清除异物。　　
3、发热　①造成齿轮泵旋转不畅的各项原因均能导致齿轮泵发热，排除方法亦可参照其执行。②油液黏度过高或过低。重新选油。③侧板、轴套与齿轮端面严重摩擦。修复或更换。④环境温度高，油箱容积小，散热不良，都会使泵发热。应分别处理。
六、困油的现象
齿轮泵要平稳地工作，齿轮啮合时的重叠系数必须大于1，即至少有一对以上的轮齿同时啮合，因此，在工作过程中，就有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，如图2.5所示，这个密封容积的大小随齿轮转动而变化。图2.5(a)到2.5(b)，密封容积逐渐减小；图2.5(b)到2.5(c)，密封容积逐渐增大；图2.5（c）到2.5（d）密封容积又会减小，如此产生了密封容积周期性的增大减小。受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大时，无油液的补充，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。

图5.1困油现象
困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和汽蚀，同时降低泵的容积效率，影响工作的平稳性和使用寿命。消除困油的方法，通常是在两端盖板上开卸槽，见图5.2（d）中的虚线方框。当封闭容积减小时，通过右边的卸卸槽与压油腔相通，而封闭容积增大时，通过左边的卸荷槽与吸油腔通，两卸荷槽的间距必须确保在任何时候都不使吸、排油相通。

图5.2轮泵的困油现象及消除措施
5.2齿轮油泵窜油问题及其解决方案
齿轮油泵窜油，即液压油将骨架油封击穿而溢出。此现象普遍存在，主机厂反映强烈，齿轮泵窜油严重影响装载机的正常工作和齿轮泵的使用可靠性及环境污染。为利于问题的解决，现对齿轮泵油封窜油故障的原因和控制方法进行分析。
1.零部件制造质量的影响。
(1)油封质量。
如油封唇口几何形状不合格，缩紧弹簧太松等，造成气密性试验漏气，齿轮泵装入主机后窜油。此时应更换油封并检验材质及几何形状(国产油封与国外先进油封相比质量差距较大)。
(2)齿轮泵的加工、装配。
如若齿轮泵加工、装配有问题，致使齿轮轴回转中心与前盖止口不同心，会造成油封偏磨。此时应检查前盖轴承孔对销孔的对称度、位移量，骨架油封对轴承孔的同轴度。
(3)密封环材质及加工质量。
若存在此问题，致使密封环产生裂纹和划伤，造成二次密封不严甚至失效，压力油进入骨架油封处(低压通道)，因而油封窜油。此时应检查密封环材质及加工质量。
(4)变速泵的加工质量。
从主机厂得到的反馈信息，与变速泵组装在一起的齿轮泵油封窜油问题较严重，因此变速泵的加工质量对窜油也有较大的影响。变速泵装在变速箱输出轴上，齿轮泵又通过变速泵止口定位而装在变速箱输出轴上，如果变速泵止口端面对齿轮回转中心的跳动超差(垂直度)，也会使齿轮轴回转中心与油封中心不重合而影响密封。变速泵加工、试制过程中，应检查回转中心对止口同轴度及对止口端面的跳动。
(5) CBGQ齿轮泵骨架油封与密封环之间的前盖回油通道不畅通，造成此处压力升高，从而击