0 引言

      齒輪傳（chuán）動是機械傳動中應用最為廣泛的一種傳動形式。TPX619B普通（tōng）臥式銑鏜床是沈陽機床集（jí）團的經（jīng）典產品之一，其主軸箱內部結構複雜，齒輪眾多。機床自麵世以來，由於齒輪導致的故障率（lǜ）極低，可見其齒輪設（shè）計合理，材料和熱處理工藝選擇得當，現對TPX619B主運動齒輪材料及熱處（chù）理工藝進行（háng）介紹。

      1 齒輪（lún）常用材料和（hé）熱處理工藝

      高（gāo）頻淬火齒輪通常用含碳量為0.40%～0.50%碳鋼或低合金鋼(40、45、40Cr和45Mn2) 製造。大批量（liàng）生產時, 一般要求精選含碳量以保證質量。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體, 而心部則為毛坯熱處理(正火或調質) 後的組織。

      由於齒輪的承載範圍（wéi）廣,工作情況複雜, 應根據不同的工作環（huán）境及要求選擇（zé）適用的（de）強化手段。對於中檔承載能力（lì）的齒輪（lún）(m =2～10 mm),線（xiàn）速度≤30 m/s,齒麵接觸應力≤700 MPa, 精度9～7級,往往要求（qiú）達到一（yī）定的硬化層深（shēn）度（dù）, 而滲氮是實（shí）現深層處理的（de）低溫（wēn）化學（xué）熱處理（lǐ）工藝。而某些高速齒輪的線速度高達100 m/s 以上, 提高這些齒輪的齒麵抗擦傷、抗膠合能力十分重要, 可將滲氮與低溫電解滲硫複合處理作為進一步提（tí）高抗（kàng）膠能力的工藝[1]。而對於高精（jīng）度、小模數的齒輪常（cháng）采用氣體碳氮共滲工藝, 既可提高零件（jiàn）的耐磨性和接觸疲勞強度, 又能保證齒輪磨削後的精度達（dá）到設計（jì）要求。

      齒輪的滲碳層深度可以根據模數來選擇（zé）[2]。當（dāng）模數≤1.25 mm時，深度範圍為0.1~0.25 mm；當模數（shù）為1.5~2.5 mm時（shí），深度範圍為0.25~0.40 mm；當模數為（wéi）3~4 mm時，深度範圍為0.35~0.50 mm。

      當模數為4.5~6 mm 時（shí），深（shēn）度範圍為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，滲碳層深度範圍為0.7~1.1 mm。

      在工作中，齒輪的受力情況比較複雜（zá），齒輪的根部受交變彎曲應（yīng）力，齒麵受大的接（jiē）觸應力並（bìng）產生（shēng）強烈的摩擦，並且在齧合不良時，還受到一定的衝（chōng）擊載荷，所（suǒ）以齒輪（lún）一般要具有以下性能。

      1） 較高的（de）彎曲疲勞強度（dù）和接觸疲勞強度；2）齒麵具有較高的硬度和耐磨性；3）齒（chǐ）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載荷和工作環境合理地選擇齒輪材料和熱處理工藝。

      2 TPX619B主（zhǔ）運（yùn）動齒輪分析

      2.1 主運動齒輪材料（liào）及熱處理選擇

      主電（diàn）機：1 450 rpm，功（gōng）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、中重型機（jī）床且齒輪運行環（huán）境良好。機床主軸箱齒輪承擔著傳遞動力和變速的任務，工作時間長，故一般采用碳鋼或40Cr或20Cr製造，見圖1 和表（biǎo）1。

      40Cr合金鋼齒（chǐ）輪熱處理（lǐ）為齒部高（gāo）頻淬火+低溫回火，熱處理後，表麵硬度可達（dá）48HRC。提高了鋼的表麵耐磨性，且芯部由於沒有（yǒu）進行淬火（huǒ）保持了好的韌性，變形小；圖1中5~8、13、14齒輪在傳動中受衝擊力大，且換擋次數頻繁，所以要求齒輪具有高的耐（nài）磨性，疲勞強度和芯部韌（rèn）性。故選用20Cr材料。熱處理工藝（yì）采（cǎi）用滲碳+淬火+低（dī）溫回火。根據機床齒輪的（de）工作狀態，屬於重載齒輪，故滲碳層取0.9 mm。滲碳後表麵含碳量提高，表麵（miàn）硬度要求58（59）HRC;芯部硬度可達30~45HRC，保證了足夠（gòu）的強度和韌（rèn）性。

      2.2 主運動齒（chǐ）輪常見問題分析

      在（zài）實際生產（chǎn）和服務過（guò）程中，機床主運動部分有齒輪噪（zào）聲、雜音等現象發生，也偶有發生斷齒和齒輪（lún）變形的（de）情況。齒輪噪聲和雜音的產生一般是因加工精度（dù）不能保證（zhèng）而引起的，比如：磨齒齒麵魚（yú）鱗狀；滾齒、剃齒、插齒等齒（chǐ）麵粗糙有（yǒu）溝，齒輪精度（dù）不合格等。通（tōng）過嚴格控製產品質量，保證（zhèng）零件（jiàn）按圖紙加工可以有效避免此類問題發生。

      齒輪打齒及齒輪變形的情況則是由於熱（rè）處理不當引起的。實際（jì）生產中小尺寸的滲碳鋼齒輪易發生斷齒現象，需要（yào）進行滲碳的齒輪，若滲碳層過大，則會導（dǎo）致齒輪（lún）芯部硬度（dù）過高，韌性不（bú）足，導致斷齒現象的發生。齒輪變形則是由於表（biǎo）麵硬（yìng）度不夠造成的，檢測變形齒輪發（fā）現變形齒輪硬度低於圖紙要求（qiú）硬度（dù），嚴格控製熱處（chù）理工藝後症狀沒有再發生（shēng）。由上述可見， TPX619B產品的齒輪材料和熱處理與其運行工況是相符（fú）的，能滿足（zú）機床工作需要。

      3 結束語

      雖然齒輪設計在機床設計工作中的數量在減少，但隨著電氣技術（shù）的提高（gāo）對（duì）齒輪提出的要求也相應提高，從（cóng）我國（guó）現階段機床發展水平來看，齒輪傳動結構還不可避免[3]。為保證力學性能、提高齒輪（lún）傳動質量（liàng）根據工況要正確地選擇齒輪材料、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（dìng），主軸箱（xiāng）齒輪故障率（lǜ）低，說明其工況和齒輪材料及熱處（chù）理工藝相當匹配。希望本文能對讀者在機床齒輪設計中（zhōng）有所啟發。