主動螺旋錐齒輪材料選擇及工藝設(shè)計

1、目錄 0 前言 .1 1 裝載機主動螺旋錐齒輪的服役條件及性能要求.1 1.1 主動螺旋錐齒輪零件的服役條件 .2 1.2 主動螺旋錐齒輪的性能要求 .2 1.3主動螺旋錐齒輪的技術(shù)要求 .6 2 主動螺旋錐齒輪材料的選擇 .3 2.1 齒輪材料選擇的基本原則 .3 2.2 主動螺旋錐齒輪常用材料 .4 2.3 選出主動螺旋錐齒輪材料.5 3 20CrMnTi螺旋錐齒輪加工工藝制定及分析 .6 3.1鍛造 .6 3.2 正火 .6 3.3 高溫回火.7 3.4 滲碳.7 3.5淬火及低溫回火.9 3.6 噴丸處理.10 3.7 磨齒.10 4 錐齒輪熱處理過程可能產(chǎn)生的缺陷及預(yù)防措施 .11

2、5 錐齒輪使用中可能出現(xiàn)的失效形式及分析 . 13 6 心得體會 . 15 1 裝載機主動螺旋錐齒輪材料的選擇及工藝設(shè)計 0 前言 裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級公路施工中，裝載機用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進行推運土壤、刮平地面和牽引其他機械等作業(yè)。由于裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此它成為工程建設(shè)

3、中土石方施工的主要機種之一。 裝載機的鏟掘和裝卸物料作業(yè)是通過其工作裝置的運動來實現(xiàn)的。裝載機工作裝置由鏟斗、動臂、連桿、搖臂和轉(zhuǎn)斗油缸、動臂油缸等組成。整個工作裝置鉸接在車架上。鏟斗通過連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用以裝卸物料。動臂與車架、動臂油缸鉸接，用以升降鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動臂的升降采用液壓操縱。 裝載機作業(yè)時工作裝置應(yīng)能保證：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸閉鎖、動臂油缸舉升或降落時，連桿機構(gòu)使鏟斗上下平動或接近平動，以免鏟斗傾斜而撒落物料；當(dāng)動臂處于任何位置、鏟斗繞動臂鉸點轉(zhuǎn)動進行卸料時，鏟斗傾斜角不小于45°，卸料后動臂下降時又能使鏟斗自動放平。 目前國產(chǎn)裝載機正在從低水平、低質(zhì)量、低價位、滿

4、足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價位、經(jīng)濟實用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各主要廠家不斷進行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計雷同，無自己特色和優(yōu)勢的現(xiàn)狀，從低水平的無序競爭的怪圈中脫穎而出，成為裝載機行業(yè)的領(lǐng)先者。齒輪在裝載機工作過程中起著重 2 要的作用，本文著重介紹裝載機螺旋錐齒輪材料的選擇以及其制作工藝。 1 裝載機主動螺旋錐齒輪的服役條件及性能要求 1.1 主動螺旋錐齒輪零件的服役條件 齒輪在裝載機工作過程中起著傳遞動力和改變速度的作用，嚙合齒面間既有滾動、又有滑動，輪齒根部還受到脈動或交變彎曲的作用。在由此而引起的各種應(yīng)力的作用下，齒輪將發(fā)

5、生輪齒折斷、齒面膠合、齒面疲勞及齒面磨損等失效情況。引起齒輪失效的主要應(yīng)力有：摩擦力、接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。根據(jù)齒輪失效的形式和原因，在選擇齒輪材料及熱處理方法是應(yīng)從以下幾個方面考慮：(1)齒輪表面有足夠的硬度。齒面存在實際上的凹凸不平，因而局部會產(chǎn)生很大的壓強，引起金屬塑性變形或嵌入相對表面，導(dǎo)致金屬直接接觸和粘著，當(dāng)嚙合齒面相對滑動是，產(chǎn)生了摩擦力。齒面磨損就是由于相互摩擦的結(jié)果。減少這類磨損的關(guān)鍵是提高輪齒表面的塑變抗力，即提高齒面硬度。提高齒面硬度還可以改善齒面接觸狀態(tài)，從而提高齒面的抗疲勞能力。(2)輪齒芯部要有足夠的強度和韌性，以保證在變載或沖擊載荷作用下，輪齒有足夠的抗沖擊能力。(

6、3)大小齒輪應(yīng)有一定的硬度差，以提高其抗膠合能力。(4)考慮材料加工性和經(jīng)濟性。 1.2 主動螺旋錐齒輪的性能要求 螺旋錐齒輪是裝載機的主要傳動零件，主動螺旋錐齒輪是將汽車變速器傳過來的動力傳遞給從動錐齒輪，從動錐齒輪再將動力傳遞給差速器。因此，零件結(jié)構(gòu)上主動螺旋錐齒輪是齒輪軸，一端是花鍵，與變速器動力輸出軸相連，另一端是螺旋錐齒輪；從動錐齒輪是盤狀齒輪，直徑大于主動螺旋錐齒輪，起到減速作用，同時沿圓周均布一些螺栓孔，使從動錐齒輪通過螺栓固定在 3 差速器殼上，將減速后的動力傳遞給差速器。主動錐齒輪既有高的傳動速度，同時又傳遞較大的扭矩，而且在裝載和剎車時承受沖擊載荷。這類齒輪的主要失效方式有

7、磨損、點蝕和斷裂。故主動螺旋錐齒輪應(yīng)滿足如下性能要求：良好的力學(xué)性能；良好的滲碳淬火性能；良好的抗沖擊性能；良好的心部硬度；良好的熱變形性能。 1.3 主動螺旋錐齒輪的技術(shù)要求 綜合上述主動螺旋錐齒輪的服役條件及性能要求，提出如下技術(shù)要求：鍛件不得有任何鍛造缺陷。正火處理HB179-217。表面滲碳硬度為HRC58-62，心部硬度為HRC32-45，過渡層硬度變化應(yīng)該緩慢直到基體低碳，滲碳深度為1.01.4mm，含碳量為0.8%1.05%。金相檢驗標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合汽車滲碳齒輪金相檢驗標(biāo)準(zhǔn)(JB1673-75)規(guī)定。低溫回火做噴丸處理。 2 主動螺旋錐齒輪材料的選擇 2.1 齒輪材料選擇的基本原則 齒

8、輪材料的種類很多，在選擇時應(yīng)考慮以下幾點因素，以選擇出適合的材料： （1）齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇機械性能高的合金鋼；礦山機械中的齒輪傳動，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵含量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用機械的功率很小，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料?？傊?，工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應(yīng)考慮的因素。 （2）應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒

9、 4 輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯?？蛇x擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時，可選用圓鋼作毛坯。 齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時，應(yīng)選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時，對材料沒有特別的要求。 （3）正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)和輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。 （4）合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。 （5）飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強度合金鋼。 （6）金屬制

10、的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為 3050HBS 或更多。當(dāng)小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面為正火或調(diào)質(zhì)），且速度又較高時，較硬的小齒輪齒面對較軟的大齒輪齒面會起較顯著的冷作硬化效應(yīng)，從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此，當(dāng)配對的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時，大齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力可提高約20，但應(yīng)注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應(yīng)地減小。 2.2 主動螺旋錐齒輪常用材料 目前國內(nèi)重載螺旋錐齒輪用材大致有20CrMo、20CrMnTi、20CrMoH、20CrNi3等。上述材料可應(yīng)用于裝載機螺旋錐齒輪。 （1）20CrMnTi是滲碳鋼，滲碳

11、鋼通常為含碳量為0.17%-0.24%的低碳鋼。汽車上多用其制造傳動齒輪，是中淬透性滲碳鋼中Cr Mn Ti 鋼，其淬透性較高，在保證淬透情況下，具有較高的強度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性。20CrMnTi表面滲碳硬化處理用鋼。良好的加工性，加工變形微 5 小，抗疲勞性能相當(dāng)好。主要用途有：用于齒輪，軸類，活塞類零配件以及汽車，飛機各種特殊零件部位。 （2）20CrNi3調(diào)質(zhì)或淬火低溫回火后有良好的綜合力學(xué)性能，低溫沖擊韌性也較好。此鋼有白點敏感傾向，高溫回火有回火脆性傾向。淬火到半馬氏體硬度，油淬時可淬透5070mm?？汕邢骷庸ば粤己?，焊接性中等。多用于制造高載荷條件下工作的齒輪、軸

12、、蝸桿及螺釘、雙頭螺栓、銷釘?shù)取?（3）20CrMoH是廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)鋼，20CrMoH圓鋼，20CrMoH合結(jié)鋼，20CrMoH鋼材找通豐實業(yè)，冶煉工藝穩(wěn)定，淬透性好，碳氮共滲工藝性能良好，熱處理后的變形量小，無回火脆性，加工制造性能和焊接性能均良好。20CrMoH宜制造中、小模數(shù)齒輪、軸類等，還可用于中壓以下汽輪機處在過熱蒸氣區(qū)壓力級工作的葉片。 （4）20CrMo的淬透性較高，無回火脆性，焊接性相當(dāng)好，形成冷裂的傾向很小，可切削性及冷應(yīng)變塑性良好。20CrMo一般在調(diào)質(zhì)或滲碳淬火狀態(tài)下使用，具有較好的耐磨性、承載能力較高。用于制造在非腐蝕性介質(zhì)及工作溫度低于250、含有氮氫混合物的介

13、質(zhì)中工作的高壓管及各種緊固件、較高級的滲碳零件，如齒輪、軸等。 2.3 選出主動螺旋錐齒輪材料 20CrMnTi是性能良好的滲碳鋼，其淬透性較高，在保證淬透情況下，具有較高的強度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性。具有良好的加工性，特加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好。經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅韌的心部，具有較高的低溫沖擊韌性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面<30 mm的承受高速、中等或重載荷、沖擊及摩擦的重要零件，如齒輪、齒圈、齒輪軸十字等。因此，選用20CrMnTi做為裝載 6 機主動螺旋錐齒輪的材料。 3 20CrMnTi主動螺旋錐齒輪加工工藝制定及分析 根據(jù)上

14、面零件技術(shù)要求，現(xiàn)對20CrMnTi齒輪制定出如下工藝路線：下料鍛造正火粗加工高溫回火滲碳+淬火+低溫回火噴丸處理磨齒。 3.1 鍛造 鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法，鍛壓（鍛造與沖壓）的兩大組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。 3.2 正火 根據(jù)合金相圖，對于20CrMnTi這種低碳合金鋼來說，應(yīng)加熱到950970，保溫34小時左右，使該零件的成分轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體組織，然后在空氣中冷卻獲得較多的索

15、氏體和少量的鐵素體組織。這樣既獲得了合適的硬度(HB179-217)，同時殘余的內(nèi)應(yīng)力也在保溫、空冷過程中消除掉，既滿足技術(shù)要求和兩條，又便于下道工序的切削加工。本工序之所以選用正火熱處理方法，是因為20CrMnTi合金鋼含碳量過低，退火鋼中含有大量的柔軟的鐵素體，鋼的延展性非常好，切削時易粘著刀刃而形成刀瘤，而且切屑是撕裂斷裂，以至使表面粗糙度變差，刀具壽命也受到影響，不利于切削加工。接著進行粗加工，粗加工后進行探傷。在技術(shù)要求中，鍛件不得有任何鍛造缺陷，所以隨其后的工序要進行探傷，避免在下道工序中出現(xiàn)缺陷，浪費所發(fā)生的加工費。 7 3.3 高溫回火 高溫回火是把零件淬火后，再加熱到5006

16、50，一般是加熱到psk線（臨界點Ac1)的某一溫度，保溫一段時間后，以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s。高溫回火得到鐵素體+細粒狀滲碳體的混合物，即回火索氏體組織。具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，多用于結(jié)構(gòu)零件淬火后的回火，如連桿、螺栓、齒輪及軸。淬火+高溫回火稱為調(diào)質(zhì)。 20CrMnTi鋼在920滲碳后預(yù)冷到860直接淬火后，滲碳層將存在大量殘余奧氏體。減少殘余奧氏體量的方法有兩種：一是淬火后進行冷處理；一是在淬火前進行高溫回火，使殘余奧氏體分解。生產(chǎn)上常用高溫回火工藝。故此處采用570，保持33.5h高溫回火工藝。 3.4 滲碳 錐齒輪粗加工完成以后，進行滲碳處理。滲碳是將工件置入具有活性滲碳介質(zhì)中，加熱到900

17、-950的單相奧氏體區(qū)，保溫足夠時間后，使?jié)B碳介質(zhì)中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有成分。 相似的還有低溫滲氮處理。這是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使?jié)B過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。如圖2所示，采用井式爐920滲碳，滲碳時間根據(jù)所要求的滲碳層厚度1.0 8 1.4mm，時間為6小時。滲碳后零件的組織如圖3所示，表層為珠光體與二次滲碳體混合的過共析組織，其中二次滲碳體呈網(wǎng)狀，心部為珠光體與鐵素體混合的亞共析原始組織，中間為過渡區(qū)，越靠近表面層鐵素體越少。這樣滲碳以后，就為淬火+低溫回火工序做好了準(zhǔn)備。 圖3 20CrMnTi螺旋錐齒輪滲碳緩

18、冷后的金相組織 3.5 淬火及低溫回火 鋼的淬火溫度一般可根據(jù)Fe-C相圖選擇。根據(jù)滲碳后齒輪的表層含碳量的分布狀況及實踐經(jīng)驗，從920預(yù)冷到850左右進行油冷可以得到好的效果。加熱溫度過高或保溫時間過長會引起奧氏體的晶粒粗大引起過熱或晶界氧化并部分熔化的過燒現(xiàn)象。過熱時奧氏體的晶粒粗大不僅降低齒輪，力學(xué)性能也容易引起齒輪的變形和開裂。過燒后的工件只能報廢。加熱溫度過低、保溫時間不足會引起硬度不足。另外，淬火冷卻速度太快，奧氏體向馬氏體組織轉(zhuǎn)變劇烈、體積收縮引起很大的內(nèi)應(yīng)力， 容易造 9 成齒輪的變形和開裂。由于20CrMnTi是合金鋼，淬透性較好，故選擇油冷減小冷卻速度，防止淬火造成齒輪變形

19、或開裂。同時也能獲得馬氏體組織達到較高的硬度。 淬火后的鋼組織是馬氏體及少量殘余奧氏體，它們都是不穩(wěn)定的組織，有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢，同時淬火時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。為了減小或消除淬火內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織和尺寸、獲得所需的力學(xué)性能，20CrMnTi齒輪選擇在200進行4小時低溫回火工藝。低溫回火時馬氏體中過飽和碳原子以碳化物的形式逐步析出馬氏體，晶格畸變程度減弱內(nèi)應(yīng)力有所降低。此時的回火組織由馬氏體和碳化物組成稱為回火馬氏體。雖然馬氏體的分解使-Fe中碳的過飽和程度降低、鋼的硬度相應(yīng)下降，但析出的碳化物又對基體起強化作用，部分的殘余奧氏體分解為回火馬氏體，所以齒輪鋼仍保持很高的硬度和耐磨性和一定的韌性。 經(jīng)

20、淬火及低溫回火熱處理后，零件最終組織為：表面為細小的片狀回火馬氏體及少量的殘余奧氏體和碳化物，硬度為HRC58-62左右，而心部是由回火低碳馬氏體、鐵素體和細小的珠光體組成，其硬度為HRC32-45，并且具有較高強度以及足夠高韌性和塑性，符合零件的技術(shù)要求。 3.6 噴丸處理 噴丸處理是減少零件疲勞，提高壽命的有效方法之一，噴丸處理就是將高速彈丸流噴射到彈簧表面，使彈簧表層發(fā)生塑性變 形，而形成一定厚度的強化層，強化層內(nèi)形成較高的殘余應(yīng)力， 由于彈簧表面壓應(yīng)力的存在，當(dāng)彈簧承受載荷時可以抵消一部分抗應(yīng)力，從而提高彈簧的疲勞強度。噴丸還可以用來清理齒表面。 3.7 磨齒 利用磨齒機對齒輪的輪齒進

21、行磨削加工的過程叫做磨齒。分為圓柱形齒輪的內(nèi)齒磨削和外齒磨削；圓柱斜齒輪的內(nèi)齒磨削和 10 外齒磨削，以及傘齒輪的磨削。用砂輪作為刀具來磨削已經(jīng)加工出的齒輪齒面，用以提高齒輪精度和表面光潔度。 4 錐齒輪熱處理過程可能產(chǎn)生的缺陷及預(yù)防措施 20CrMnTi螺旋錐齒輪熱處理中可能出現(xiàn)的缺陷有以下幾種： （1）滲碳層深度不均勻 螺旋錐齒輪表面滲碳層深度不均勻，造成不同部位性能不連續(xù)，薄弱區(qū)域首先破壞，繼而整個齒輪損壞，嚴(yán)重影響齒輪使用壽命。 預(yù)防措施：氣體滲碳時，要注意爐內(nèi)氣氛充分循環(huán)，爐溫要均勻，清除齒面油污，裝爐量不宜過多，滲碳爐密封性能要好，漏氣的馬弗罐及時更換，定期檢修滲碳爐。 （2）淬火

22、后表面硬度偏低 螺旋錐齒輪滲碳表面硬度偏低將會導(dǎo)致齒輪耐磨性和抗疲勞性能降低，對齒面抗摩擦、磨損性能都有不利影響。 預(yù)防措施： ?對已造成齒輪表面含碳量低的齒輪采取適當(dāng)增碳處理。 ?選擇淬透性合適的材料和冷卻能力適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)，淬火冷卻。 ?預(yù)先采取措施，減少淬火后的殘余奧氏體量。對含有過多殘余奧氏體的滲碳齒輪，進行一次650670、3h以上的高溫回火，使合金碳化物析出一部分，從而降低重新加熱淬火時的奧氏體穩(wěn)定性，促使奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變。 ?齒輪滲碳冷卻或重新加熱淬火時應(yīng)在保護氣氛下進行，對已經(jīng)發(fā)生氧化現(xiàn)象的齒輪應(yīng)除掉氧化皮，進行表層滲碳后再進行淬火。 ?齒輪表層硬度偏低若是回火溫度過高所致，

23、應(yīng)重新淬火， 11 選擇合適溫度進行回火。 （3） 螺旋錐齒輪心部硬度不足 螺旋錐齒輪心部要求具有一定的硬度。硬度偏低，齒輪材料的屈服點降低，易產(chǎn)生心部塑性變形，使齒輪表面硬化層抗剝落性能及齒根彎曲疲勞性能降低。 預(yù)防措施： ?選用冷卻性能好的冷卻介質(zhì)淬火，使心部獲取低碳馬氏體組織。 ?選擇適當(dāng)?shù)拇慊饻囟群图訜釙r間，使心部獲得均勻的奧氏體，以便淬火后獲取馬氏體組織。 ?選用淬透性好、材質(zhì)好的鋼材作滲碳齒輪材料。 （4） 滲碳淬火齒輪變形 滲碳淬火齒輪變形主要由零件在機加工時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、熱處理過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力以及零件自重變形等共同作用產(chǎn)生。影響齒輪滲碳淬火變形的因素很多，包括齒輪

24、的幾何形狀、原材料及冶金質(zhì)量、鍛造和機加工的殘余應(yīng)力、裝料方式和熱處理工藝及設(shè)備等。 預(yù)防措施： ?加熱速度：一般情況下，淬火溫度越高則零件變形越大。這是由于增加了零件截面上的溫差，使熱應(yīng)力增加，同時由于過高的加熱溫度，使奧氏體晶粒長大，降低了塑性變形的抗力，從而增大了淬火變形。為此從減少變形出發(fā)，應(yīng)盡量選擇淬火下限溫度。 ?淬火保溫時間：保溫時間的選擇除應(yīng)保證零件透燒、淬火后達到要求的硬度或其它力學(xué)性能外，還要考慮它對淬火變形的影響。延長淬火保溫時間，實際上也就相應(yīng)提高了淬火溫度。 ?滲碳淬火設(shè)備：選用良好的滲碳淬火設(shè)備是減小齒輪變形 12 的重要手段。采用井式氣體滲碳爐進行滲碳淬火時，應(yīng)滿

25、足控溫精度±1，爐溫均勻度±7，碳勢均勻度±0.05。 5 錐齒輪使用中可能出現(xiàn)的失效形式及分析 齒輪失效一般發(fā)生在齒面，很少發(fā)生在其它部位。按照齒輪在工作中發(fā)生的故障的基本形式可以把齒輪失效劃分為齒面磨損和輪齒折斷兩大類。齒面磨損是指齒輪在嚙合工程中由于表面材料不斷摩擦而消耗的過程，20CrMnTi螺旋錐齒輪在使用過程中可能的失效形式有以下幾種，先分析如下。 （1） 齒面磨損 齒面磨損有磨粒磨損和跑合磨損兩種。齒面磨損后，引起齒廓變形，產(chǎn)生振動、沖擊和噪聲，磨損嚴(yán)重時，由于齒厚過薄而可能發(fā)生輪齒折斷。磨粒磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。新的齒輪副，由于加工后表

26、面具有一定的粗糙度，受載時實際上只有部分峰頂接觸。接觸處壓強很高，因而在開始運轉(zhuǎn)期間，磨損速度和磨損量都較大，磨損到一定程度后，摩擦面漸漸光潔，壓強減小、磨損速度緩和，這種磨損成為跑合。人們有意的使新齒輪副在輕載下進行跑合，為隨后的正常磨損創(chuàng)造條件。但應(yīng)注意，跑合結(jié)束后，必須清洗和更換潤滑油。 提高抗磨粒磨損能力的措施： ?提高螺旋錐齒輪齒面硬度； ?改善潤滑條件、在潤滑油中加入減摩添加劑、保持潤滑油的清潔。 （2） 齒面點蝕與剝落 螺旋錐齒輪發(fā)生齒面點蝕，一般時在靠近齒根部位出現(xiàn)點狀小坑。形成原因是在齒輪在嚙合過程中，既有相對滾動，又有相對滑動，而且相對滑動的摩擦力在節(jié)點兩側(cè)的方向相反，從而

27、產(chǎn)生脈動載荷。這兩種力的作用結(jié)果使齒輪表面層深處產(chǎn)生脈動循 13 環(huán)變化的剪應(yīng)力。當(dāng)這種剪應(yīng)力超過齒輪材料的剪切疲勞極限時表面將產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋擴展，最終會使齒面金屬小塊剝落，在齒面上形成小坑，稱為點蝕。 提高齒輪的接觸疲勞強度的措施： ?提高齒面硬度和降低齒面粗糙度； ?合理選用潤滑油粘度，采用黏度較高的潤滑油（實踐證明：潤滑油黏度越低，越易滲入裂紋，點蝕擴展越快）減小動載荷； ?采用正變位齒輪傳動，增大綜合曲率半徑。 （3）齒面膠合 當(dāng)主動螺旋錐齒輪與從動螺旋錐齒輪由于潤滑條件不良而造成齒面強烈摩擦?xí)r，易產(chǎn)生齒面膠合破壞。為了防止膠合作用，應(yīng)適當(dāng)提高齒面硬度與光潔度，采用活性化潤滑油。

28、提高抗齒面膠合的方法有： ?減小模數(shù)，降低齒高，降低滑動系數(shù)； ?加入極壓添加劑的潤滑油； ?采用齒廓修形，提高傳動平穩(wěn)性； ?提高主動螺旋錐齒輪齒面硬度和降低齒面粗糙度； ?材料相同時，使主動螺旋錐齒輪與從動螺旋錐齒輪保持適當(dāng)硬度差。 （4） 塑性變形 當(dāng)螺旋錐齒輪傳遞載荷過大，齒面的工作應(yīng)力超過材料的屈服極限時，齒面產(chǎn)生塑性流動，從而引起主動螺旋錐齒輪齒面節(jié)線處產(chǎn)生凹槽，從動螺旋錐齒輪出現(xiàn)凸脊。 減輕或防止齒面塑性變形的方法有： ?適當(dāng)提高螺旋錐齒輪齒面硬度； ?采用粘度高的潤滑油。 14 6 心得體會 通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了熱處理的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但

29、經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在熱處理方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作工藝流程，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。在設(shè)計中遇到了很多問題，但我通過借書、查資料、上網(wǎng)咨詢等多種途徑，不僅鞏固了知識，也學(xué)到一些新的東西，終于游逆而解。 回顧起此課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，而真正實踐過程中會遇到很多

30、問題，比如：熱處理的缺陷、使用過程的失效。以前我們只學(xué)習(xí)了相關(guān)知識，這次我也學(xué)到了如何避免這些問題的出現(xiàn)、有哪些預(yù)防措施。只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。讓我認(rèn)識到，在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！實驗過程中，我們雖然是一個小組，但使用的材料及工藝都不一樣，正因為這樣，我們成員之間相互學(xué)習(xí)、相互指導(dǎo)，彌補不足的同時，也對團隊精神的進行了考察，讓我們在合作起來更加默契在成功后一起體會喜悅的心情。此次 15 設(shè)計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，總之，這次課程設(shè)計讓我收獲頗豐。 參考文獻 1戴起勛.金屬材料學(xué)M.化學(xué)工業(yè)出版社，2009 2中國機械工程學(xué)會熱處理分會.熱處理工程師手冊M.機械工業(yè)出版社，2003.9 3王忠誠 王東.熱處理常見缺陷與對策M.化學(xué)工業(yè)出版社，2012.7 4陳南平 顧守仁 沈萬慈.機械零件失效分析M.清華大學(xué)出版社，198