摘　要：对HWD100-40型螺杆泵轴承、同步齿轮故障进行了详细分析，并提出相应的改进措施。
　　关键词：双螺杆泵：齿轮：球轴承：轴向力：润滑
　　山东石大科技集团有限公司胜华教学实验厂在2006年的夏季生产装置大检修时考虑到螺杆泵的量稳节能的优点，在对常减压车间的燃料油系统改造过程中，采用黄山泵业的HWD100-40型螺杆泵。改造完成后，此螺杆泵运行一直比较平稳，在第二十八天，此泵出现杂音，轴承处的温度有所上升，两天后杂音变大，维修车间对此螺杆泵进行了拆检维修。拆检发现：同步齿轮出现断齿现象，齿轮箱内有大量的铁屑沉积，一对双列角接触球轴承，一只保持架已经破裂，滚动体脱落，另一只游隙变大，晃动轴承有明显的响声，两只轴承都已经报废。
　　作为特护设备，机修车间对此次故障进行了分析。在查找故障原因时发现齿轮箱的油标的位置偏低，润滑油加到1/2的位置时，刚刚浸到轴承外圈，所以判断为润滑油油位过低，靠近螺套的双列角接触球轴承得不到很好的润滑，导致损坏。轴承损坏后轴向力由起同步作用的斜齿轮承受，发生急剧磨损Z终齿轮发生断裂并产生噪音。维修车间维修装复后，要求生产车间提高润滑油的油位。此泵在投用二十天左右后，再次出现相同的故障，拆泵维修发现故障现象同上，于是对齿轮、轴承磨损较快、寿命短的故障现象进行了深入分析。
　　（1）齿轮磨损较快，出现断齿。首先是齿轮轮齿的加工精度（接触精度）及加工工艺达不到设计要求，其次是齿轮的热处理工艺不符合要求，从而大大降低了轮齿的强度，造成断齿现象。
　　（2）轴承寿命短、磨损严重，特别是螺套侧的双列角接触球轴承。对拆下的轴承进行切割，切割后的轴承如图1所示。从图中可以看出，滚动体已经变色脱皮，滚道上有明显的凹坑，分析其主要原因有以下几个方面：
　　（a）螺套端的双列角接触球轴承（3207）损坏比较严重。从图片可以看出，此轴承的损坏属于接触疲劳失效。接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生的材料疲劳失效。接触疲劳失效常见的形式是接触疲劳剥落。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下Z大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。剥落面逐渐扩大时往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。分析认为此泵的设计没有平衡轴向力的措施，所有的轴向力完全由双列角接触球轴承来承受，导致轴承的受力条件恶劣，所以在此工况下轴承的选型满足不了平衡轴向力的要求。
　　（b）双列角接触球轴承（3207）因设计在齿轮箱的近螺套端，离装满机油的齿轮箱侧较远，同时油标的设计位置较低，按照1/3～1/2的油位标准加油，机油无法浸到轴承。此外轴承箱空间比较小，加之轴上设计了定位套，也降低了机油的循环流动，使轴承产生的热量无法通过润滑油带走。
　　（c）所输送的燃料油的温度较高，蒸汽加热后温度可以达到120℃左右，平时从轴承箱外侧测轴承处温度85℃～95℃，已经超出轴承正常运行的温度范围，轴承始终在恶劣的工况下工作。
　　（d）齿轮和轴承共用一个润滑腔，齿轮上磨下的铁屑会随着机油进入轴承的滑道，造成滚珠的磨料磨损。
　　针对以上的故障原因分析采取如下的解决措施：
　　（1）合理地选用齿轮材质，改善齿轮的加工工艺及热处理工艺。要提高齿轮精度，除了机床、刀具要提高精度外，还需要尽量减小对刀误差，采用适当的补偿方法使加工出来的齿轮接触精度在7级以上，以保证齿轮的接触强度和疲劳强度；对齿轮毛坯要求必须正火处理，以达到便于切削加工、组织均匀、消除锻造内应力的目的，同时齿轮还必须经过调质处理，这可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力；Z后齿轮还需要高频淬火及低温回火，这是决定齿轮表面性能的关键工序，感应加热表面淬火可以在工件表层得到极细的“隐晶马氏体”组织，从而提高齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增加抗疲劳破坏的能力。
　　（2）改变双列角接触球轴承的安装位置。让其安装在近齿轮侧，这样一方面远离温度较高的泵腔，使其所处的环境温度降低，同时靠近齿轮的润滑油腔，改善双列角接触球轴承的润滑条件，使其得到更充分的润滑。
　　（3）将轴承座设计成双层结构，增加水冷却系统，吸收轴承产生的热量，降低润滑油腔的温度，为轴承和齿轮提供良好的工作环境。
　　（4）对轴承需承受的轴向力重新进行校核，轴承需要重选，同时泵的外形尺寸也须重新设计。考虑到成本，采取减小轴向力的措施来改善轴承的载荷状况，将出入口位置互换，即出入口的位置如图2所示，螺套的右侧由低压侧变为高压侧，轴向力也由向右变为向左。由于螺套的右端与轴相连，受力面积要小于左端，因此产生的轴向力有所减小。经过核算，轴向力可减小30%左右，所选轴承可以满足载荷要求。
　　（5）轴承和齿轮共用同一个润滑腔，如果单独设计润滑腔，不仅增加了泄漏点，同时加工难度上升，螺杆泵的成本也会随之上升。因此选择在不改变原先设计的基础上，通过在油腔下侧的放油丝堵上安装强力磁性吸铁棒的方法来吸附齿轮磨下的铁屑，并在定期更换机油时对磁性棒进行清理。
　　（6）提高装配精度。齿轮的装配精度对齿轮的工作性能有很大影响，装配时必须严格按照操作规程进行，装配中应达到如下要求：① 在安装轴时，必须严格控制齿面间隙；在装配齿轮时，应保证主动轴在两个方向轻微转动而从动轴不会随之转动，否则，必须对齿轮进行调整，使齿面间隙符合工作性能的要求；② 齿轮安装调整好后，必须将齿轮和定位盘同步钻孔，然后用销钉定位，这样在以后的维修中不必重复对齿轮的调整工作。
　　通过改进，HWD100-40型螺杆泵轴承的使用性能得到了明显的改善，使用寿命提高，为常减压车间燃料油系统的平稳运行提供了有力的保障。
　　参考文献：
　　[1]沈宁福.新编金属材料手册[M].北京:科学出版社,2003.
　　[2]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2004.
　　[3]江甫炎.近代齿轮制造工艺[M].北京:航空工业出版社,1994.