一、機(jī)油泵失效形式

　　機(jī)油泵的作用是將機(jī)油送到發(fā)動(dòng)機(jī)各摩擦部位，使機(jī)油在潤(rùn)滑路中循環(huán)，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)得到良好的潤(rùn)滑，機(jī)油泵結(jié)構(gòu)如圖A和圖B所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，凸輪軸帶動(dòng)泵體的主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)油泵是柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中的重要部件，它的技術(shù)狀況直接影響潤(rùn)滑系統(tǒng)的正常工作;機(jī)油泵經(jīng)長(zhǎng)期工作受到磨損時(shí)，將造成壓力降低和泵油量減少以及機(jī)械故障。

　　機(jī)油泵齒輪傳動(dòng)的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、膠合、磨損、塑性變形和輪齒斷裂。其中，機(jī)油泵輪齒斷裂現(xiàn)象在機(jī)械傳動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)中，是一種最為常見(jiàn)的齒輪損傷形式，也是造成齒輪失效的主要原因。輪齒斷裂根據(jù)產(chǎn)生的原因和斷口性質(zhì)不同，可以分為過(guò)載斷裂，輪齒剪斷，塑變后斷齒，隨機(jī)斷齒和疲勞斷齒。輪齒斷裂一般發(fā)生在齒根部位。

圖A柴油機(jī)機(jī)油泵模型前視圖
                   
圖B柴油機(jī)機(jī)油泵模型后視圖

　　(1)由于法向壓力Fn沿齒面移動(dòng)，機(jī)油泵齒根應(yīng)力不斷變化(若單側(cè)受力，齒根彎曲應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力;若兩側(cè)受力，齒根彎曲應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力)，同時(shí)有應(yīng)力集中，致使齒根發(fā)生疲勞裂紋。經(jīng)歷長(zhǎng)期應(yīng)力循環(huán)，裂紋不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致整個(gè)輪齒出現(xiàn)疲勞折斷。

　　(2)由于短時(shí)間嚴(yán)重過(guò)載，致使機(jī)油泵輪齒突然折斷。折斷形式，可以從斷口上進(jìn)行判斷，疲勞折斷由于在產(chǎn)生微裂紋疲勞源處反復(fù)擠壓擴(kuò)展，最后導(dǎo)致折斷，所以斷口大部分區(qū)域比較光亮、平整。而突然折斷的斷口比較粗糙。

　　(3)較為常見(jiàn)的還有機(jī)油泵隨機(jī)斷齒，隨機(jī)斷齒是指意外情況引起的斷齒。其顯著特征是輪齒折斷部位不是在輪齒齒根彎曲應(yīng)力最大的地方，它可能是在輪齒上的任何一個(gè)部位折斷，包括整齒折斷或在齒上有缺陷的部分折斷。

二、機(jī)油泵齒輪斷裂原因分析

　　1、設(shè)計(jì)參數(shù)錯(cuò)誤

　　選擇不合理設(shè)計(jì)時(shí)選用的齒輪模數(shù)偏小，致使齒根彎曲應(yīng)力較大，安全系數(shù)處于臨界值時(shí)，負(fù)荷的增大，如產(chǎn)量提高、柴油發(fā)電機(jī)老化、產(chǎn)品變更等情況下，都可能引起齒輪輪齒的折斷。

　　2、齒輪的材料及熱處理方式選擇不當(dāng)

　　機(jī)油泵不同的材料，其強(qiáng)度、韌性、抗沖擊性也不同。例如，優(yōu)質(zhì)合金鋼要優(yōu)于碳鋼和一般合金鋼。同一種材料，熱處理方式不同，其彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度也不同。滲碳淬火熱處理的齒輪要高于調(diào)質(zhì)齒輪和一般淬火齒輪。

　　3、齒輪的加工精度和安裝精度低

　　機(jī)油泵齒輪合格加工精度如圖C所示。例如某柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)油泵齒輪發(fā)生斷齒現(xiàn)象，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，支承該齒輪的軸承，由于一側(cè)磨損徑向間隙增大，導(dǎo)致輪齒嚴(yán)重偏載。在偏載區(qū)接觸應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞接觸極限，出現(xiàn)點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕擴(kuò)展，在次表層的微裂紋連接成片就產(chǎn)生了剝落。在足夠的循環(huán)應(yīng)力作用下，這些剝落點(diǎn)蝕坑就會(huì)形成彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的微裂紋疲勞源，導(dǎo)致輪齒折斷。

圖C機(jī)油泵加工精度示意圖

　　4、加工過(guò)程中產(chǎn)生的隱患

　　機(jī)油泵標(biāo)準(zhǔn)外觀如圖D所示。例如對(duì)于滲碳淬火后的大直徑齒輪，為了消除熱處理后的變形，在工藝上要采用磨齒加工。在磨削加工過(guò)程中，由于砂輪硬度、粒度、材料、磨削厚度、速度、冷卻液等諸多因素的影響，可能產(chǎn)生不易觀察到的細(xì)微裂紋。熱處理過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生細(xì)微裂紋和殘余應(yīng)力。導(dǎo)致輪齒折斷。但二者形成的裂紋現(xiàn)象不同，通過(guò)金相觀察磨削裂紋和淬火裂紋明顯的區(qū)別是：磨削裂紋細(xì)而淺，裂紋的方向與砂輪顆粒方向大致垂直，其裂紋數(shù)量多少不一，裂紋深度一般為0.05一0.4mm，個(gè)別深度達(dá)0.8mm，且裂紋周?chē)谢一鹕鞍l(fā)藍(lán)顏色。

圖D柴油機(jī)機(jī)油泵外觀圖

　　5、使用維修不當(dāng)

　　例如，新柴油發(fā)電機(jī)投產(chǎn)時(shí)，齒輪傳動(dòng)有個(gè)跑合期，在跑合期由于制造及裝配均有誤差，以及表面凹凸不平等原因，相嚙合的輪齒實(shí)際上僅部分齒面相接觸，因而在初期運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，這些最初接觸的部分，因單位面積受力較大，就會(huì)首先出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。但當(dāng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)1個(gè)時(shí)期之后，相嚙合的齒面間實(shí)際接觸面積增大，單位面積上所受的力就相對(duì)減小，潤(rùn)滑條件也得到進(jìn)一步改善，于是這種初期齒面磨損的現(xiàn)象便會(huì)逐漸趨于消失。這個(gè)過(guò)程即是齒輪傳動(dòng)的跑合(磨合)。在齒輪傳動(dòng)的跑合過(guò)程中出現(xiàn)的齒輪磨損現(xiàn)象，即稱(chēng)為跑合磨損。由此可知跑合磨損不僅對(duì)齒輪無(wú)害，而且是新齒輪傳動(dòng)在試運(yùn)行過(guò)程中必經(jīng)的歷程。齒輪傳動(dòng)跑合時(shí)間的長(zhǎng)短，與其中較硬齒面的粗糙度有關(guān)。如較硬的齒面粗糙，跑合時(shí)間就長(zhǎng);較硬的齒面平滑，跑合時(shí)間就短。因此設(shè)計(jì)時(shí)要求較硬的齒面具有較小的粗糙度。實(shí)踐證明，齒輪跑合愈好，嚙合情況愈理想。跑合過(guò)程中為避免發(fā)生磨料磨損應(yīng)定期更換潤(rùn)滑油。如果在跑合期高速滿(mǎn)負(fù)荷工作，就會(huì)加劇磨損，產(chǎn)生磨屑，形成磨粒磨損，齒面磨損會(huì)造成齒廓形狀改變，齒厚變薄，嚴(yán)重的可以導(dǎo)致輪齒折斷。

　　6、潤(rùn)滑不當(dāng)

　　機(jī)油泵齒輪傳動(dòng)中，應(yīng)始終保持良好的潤(rùn)滑條件，如果潤(rùn)滑油粘度選擇不當(dāng)，潤(rùn)滑油膜不易形成，會(huì)造成潤(rùn)滑失敗(形成千摩擦)。另外，潤(rùn)滑油不定期更換變臟，會(huì)產(chǎn)生磨粒磨損，也會(huì)加劇磨損導(dǎo)致輪齒折斷。

三、預(yù)防措施

　　1、合理確定設(shè)計(jì)參數(shù)

　　在進(jìn)行齒輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高齒輪的彎曲強(qiáng)度，在條件許可的范圍內(nèi)，應(yīng)選用較大的齒輪模數(shù)，考慮到在柴油發(fā)電機(jī)使用過(guò)程中，由于產(chǎn)量提高，柴油發(fā)電機(jī)老化、產(chǎn)品變更等因素引起齒輪負(fù)荷增大，安全系數(shù)應(yīng)大于臨界值。

　　2、合理地選擇材料和熱處理方式

　　消除加工和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)微裂紋和殘余應(yīng)力，特別是在磨削齒輪時(shí)，正確選擇砂輪的材料、硬度和磨削工藝參數(shù)，以避免磨削裂紋。

　　3、提高齒輪的加工精度和安裝精度

　　增大齒根過(guò)渡處的圓角曲率半徑，消除該處加工刀痕，注意材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)和消除。增大軸和支承處的剛度，提高安裝精度，避免產(chǎn)生較大的振動(dòng)和偏載。

　　4、正確使用

　　柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)保持良好的潤(rùn)滑、跑合期避免頻繁起動(dòng)、換向，不超速，不滿(mǎn)載，勤檢查，選擇合適粘度的潤(rùn)滑油，定期更換潤(rùn)滑油，避免由于磨損導(dǎo)致的機(jī)油泵輪齒折斷。