装载机齿轮泵断裂分析及建议

     据报道，在装载机齿轮泵的应用中齿轮断裂。为了查明故障原因，从故障齿轮入手，结合齿轮受力情况和冷热加工因素，进行检测分析，针对齿轮断裂原因采取针对性的改进和预防措施，避免类似事故的发生。

     通过理化检验和分析，发现断裂齿轮的化学成分、非金属夹杂物含量、扩散层和基体显微组织符合标准要求，而表面硬度、扩散层深度和复合层深度不符合技术要求。

     合理控制复合层的厚度和相结构可以提高渗氮表面的耐磨性和耐腐蚀性。由此可见，这种齿轮的渗氮工艺还有待改进。扩散层结构正常，但深度不符合标准要求(节圆和齿根处)。可见，这两项渗氮质量指标不符合技术要求。渗氮后，足够深度的渗氮层是保持渗氮层不疲劳失效的基本条件，扩散层在强化中起主要作用，其深度和合理的硬度梯度是保持较好表面应力状态的重要指标。齿轮硬度梯度平缓，但较浅，尤其是齿根处只有0.32mm，是较低要求的64%，大大降低了齿轮的许用弯曲强度和疲劳强度，影响其使用寿命。

     一般情况下，装载机齿轮泵的齿根承受很大的拉应力，扭矩传递的节圆承受很大的压应力。但这两个关键部位的表面硬度和渗氮深度明显不足，肯定会降低其强度和使用性能，这是齿轮的薄弱环节，也是疲劳损伤的前提条件。疲劳损伤的起源取决于应力集中的程度和施加载荷的大小。

     通过对断口形貌的分析，可以看出裂纹起源于齿根，并由此产生许多细小的台阶状条纹，表明齿根处存在应力集中。由于齿轮几何结构的特殊性，结构上的拐点使大量位错因运动受阻而积累，并在齿根产生应力集中，为疲劳微裂纹的萌生创造了条件。在发动机运转过程中，齿轮根部受到周期性的弯曲应力和偶发性的冲击载荷，低表面硬度和浅氮化层导致弯曲强度显著降低，最终因齿轮整体承载能力不足而引发疲劳裂纹并进一步扩展。

结论和建议:

     (1)装载机齿轮泵齿轮的三个齿轮相继断裂。一档齿轮的断裂方式为低应力高周疲劳，裂纹起源于啮合面应力侧的齿根，为应力集中型多源疲劳裂纹。

     (2)齿轮渗氮质量差，如齿根表面硬度低，渗氮层深度和复合层厚度浅，大面积疏松剥落，降低了齿轮的弯曲疲劳强度。齿轮泵断裂的主要原因是疲劳裂纹在应力集中的齿根处产生并扩展。

     根据断齿原因，提出以下建议:

     (1)督促供应商加强热处理质量的监督和控制，以保持齿轮的渗氮质量。

     (2)加强供需双方的技术沟通，完善技术细节，明确齿轮的质检部位，从生产源头上禁止不合格品的进一步流通。
     (3)加强装载机齿轮泵外购件的复验，充分发挥理化检验的及时性和有用性。