0 引言

      齒輪傳動是機械傳動中應用最為廣泛的一種傳動形式。TPX619B普（pǔ）通臥式銑鏜床是沈陽機（jī）床集團的經典（diǎn）產品之一，其（qí）主軸箱內部結構複雜，齒輪眾多。機床自麵世（shì）以來，由於齒輪導致的故障率極低，可見（jiàn）其齒輪設計合理，材料和熱處理工（gōng）藝選擇得當，現對TPX619B主（zhǔ）運動齒輪材料及（jí）熱處理工藝（yì）進行介紹。

      1 齒輪常（cháng）用材料和熱處理工藝

      高頻淬火齒輪通常用含碳量為0.40%～0.50%碳鋼或（huò）低合金（jīn）鋼(40、45、40Cr和45Mn2) 製造。大批量生產時, 一般要求精選含碳（tàn）量以保證質量。45 #鋼限製在0.42%～0.47%C, 40Cr 鋼限製在0.37%～0.42%C。經高頻淬火並低溫回火後,淬硬層應為混合回火馬氏（shì）體, 而心部則為毛坯（pī）熱處理(正火或調質) 後的（de）組織。

      由於齒輪的承載（zǎi）範圍廣,工作情況複雜, 應根據不同的（de）工作（zuò）環境及要求選擇適用（yòng）的強化手段。對於中檔承載能力的齒輪(m =2～10 mm),線速度≤30 m/s,齒（chǐ）麵接觸應力≤700 MPa, 精（jīng）度9～7級,往往（wǎng）要求達到一定的硬化層深度, 而滲氮是實（shí）現深層處理的低溫化學熱處理工藝。而某些高速齒輪的線（xiàn）速度高達100 m/s 以上, 提高這些齒輪的齒麵抗擦傷（shāng）、抗（kàng）膠（jiāo）合能力（lì）十分重要, 可將滲氮與低（dī）溫電（diàn）解滲硫複合（hé）處理作為進一步提高抗膠能力的（de）工（gōng）藝[1]。而對於高（gāo）精度、小模數的齒輪常采用（yòng）氣體（tǐ）碳氮共滲工藝, 既可提高零件的耐（nài）磨性（xìng）和接觸疲勞強度, 又能保證齒輪（lún）磨削（xuē）後的精度達（dá）到設計要求。

      齒輪的滲碳層深度（dù）可（kě）以根據模數來選擇[2]。當模數≤1.25 mm時（shí），深度範圍為0.1~0.25 mm；當模數為1.5~2.5 mm時，深度範圍為0.25~0.40 mm；當模（mó）數為3~4 mm時，深度範圍為0.35~0.50 mm。

      當模數為（wéi）4.5~6 mm 時，深度範（fàn）圍為0.45~0.55mm；當模數＞6 mm時，深度範圍＞0.50 mm；對於高速重載齒輪，滲碳層深（shēn）度範圍為0.7~1.1 mm。

      在工作中，齒輪的受力情況比較複雜，齒輪的根部受交（jiāo）變彎（wān）曲應力，齒麵受大的接觸應力並產生強烈的摩擦，並且（qiě）在齧合不（bú）良時，還受到一定的衝擊（jī）載荷（hé），所以齒輪（lún）一般要具有以下性能。

      1） 較（jiào）高的彎曲疲勞強（qiáng）度（dù）和接觸疲勞強度；2）齒麵具有較高的硬度和耐（nài）磨性；3）齒輪芯部具有足夠的強度和韌性。

      為了達到以上性能，滿足工作需要，就要根據齒輪工作的（de）載荷和工作環境合理地選擇齒輪材料和熱處理（lǐ）工藝。

      2 TPX619B主運動齒輪分（fèn）析

      2.1 主（zhǔ）運動齒（chǐ）輪（lún）材料（liào）及熱處理選擇

      主電機：1 450 rpm，功率：7.5 kW，主軸轉速：8~1 000 r/min,最大扭矩：1 225 Nm，最大軸向抗力：12250 N。屬於低速、中重型（xíng）機（jī）床且齒（chǐ）輪運行環境良好。機床主軸（zhóu）箱齒輪承擔著傳遞動力（lì）和變速（sù）的任務，工作時（shí）間長，故一般（bān）采用碳鋼（gāng）或40Cr或20Cr製造，見圖（tú）1 和表1。

      40Cr合金鋼（gāng）齒輪熱處理為齒部高頻淬火+低溫（wēn）回火，熱處理後，表麵硬（yìng）度可達48HRC。提高了鋼的表麵耐磨性，且芯部（bù）由（yóu）於沒有進行淬火保持了好的韌性，變形（xíng）小（xiǎo）；圖1中5~8、13、14齒輪在傳動中受衝擊力大（dà），且換擋次數頻繁，所以要求齒輪（lún）具（jù）有高的耐磨性，疲勞強度和芯部韌性。故選用20Cr材（cái）料。熱處理工藝采用滲碳+淬火+低溫回火。根據機床齒輪的工作狀態，屬於重載齒（chǐ）輪，故滲碳層取0.9 mm。滲（shèn）碳後（hòu）表麵含碳量提（tí）高，表麵硬度要求58（59）HRC;芯部硬度可達30~45HRC，保證了足（zú）夠的（de）強度和韌性。

      2.2 主運動齒輪常見問題分析

      在實際（jì）生產和服務過程中（zhōng），機（jī）床（chuáng）主運動（dòng）部分有齒輪噪聲、雜音等現（xiàn）象發生，也偶有發生（shēng）斷齒和齒輪變形的情況（kuàng）。齒輪噪聲（shēng）和雜音的產生一般是因加工精度不能（néng）保證而引起的（de），比如（rú）：磨齒齒麵魚鱗狀；滾齒（chǐ）、剃齒、插齒等齒麵粗糙有溝（gōu），齒（chǐ）輪精度不合格等。通過嚴格（gé）控製產品質（zhì）量，保證零件按圖紙加工可以有效（xiào）避免（miǎn）此類問題發生。

      齒輪打（dǎ）齒及齒（chǐ）輪（lún）變形的情況則是由於熱處理不當（dāng）引起的。實際生產中小（xiǎo）尺寸的滲碳（tàn）鋼齒輪易發生（shēng）斷齒現象（xiàng），需要進行滲碳的齒輪，若滲碳（tàn）層過大，則會（huì）導致齒輪芯部硬度過高，韌性不足，導致斷齒現象的發生。齒輪變形則是由於表（biǎo）麵（miàn）硬度不夠造（zào）成的，檢測變形齒輪發（fā）現變形齒輪硬度低於圖紙要（yào）求硬度，嚴格控製熱處理工（gōng）藝後症狀（zhuàng）沒有再發生。由上述可見， TPX619B產品的齒（chǐ）輪材料和熱處理與其運行工況是相符的，能滿足機床工作需要。

      3 結束語（yǔ）

      雖（suī）然齒輪設計在機床（chuáng）設計工作中的數量在減少，但（dàn）隨著（zhe）電氣技術的提（tí）高對齒輪提出（chū）的要求也相應（yīng）提（tí）高（gāo），從我國現階段機床發展水平（píng）來看，齒輪傳動結構還不可避免[3]。為保證力學性（xìng）能、提高齒輪（lún）傳動質量根據工況要正確地選擇齒輪材料（liào）、冷加工和熱處理工藝。長時間的市場檢驗證明，本產品質量穩定，主軸箱齒輪故障率低，說明其工況和齒輪材（cái）料及熱處（chù）理工（gōng）藝相當匹配。希望本文能對（duì）讀者在機床齒輪設計中有所啟發。