張二虎

（金鷹重型工程機械有限公司）

　　摘　要：對造成大型養(yǎng)路機械牽引齒輪承載能力失效的幾種形式進(jìn)行分析，從齒輪設(shè)計、加工工藝、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品試驗及應(yīng)用等幾個方面提出提高牽引齒輪承載能力可靠性的辦法。

　　關(guān)鍵詞：大型養(yǎng)路機械；牽引齒輪；承載能力；可靠性

　　1　前言
　　大型養(yǎng)路機械車軸齒輪箱牽引齒輪（圓柱齒輪、圓錐齒輪）位于動力傳動系統(tǒng)的Z后一個環(huán)節(jié)，牽引齒輪將從變速箱（變扭器）或其他動力裝置輸入到齒輪負(fù)的動力傳遞給車輪，其作用是使驅(qū)動系統(tǒng)獲得合適的減速、增大扭矩，并改變傳動方向（對圓錐齒輪），以使大型養(yǎng)路機械具有良好的動力性能。牽引齒輪工作時通過齒面的接觸傳遞動力，齒部承受較大的交變應(yīng)力和摩擦力，嚙合不均勻時還會產(chǎn)生較大的沖擊力，而大型養(yǎng)路機械作業(yè)時，工況往往比較復(fù)雜且惡劣。牽引齒輪的損壞，特別是輪齒折斷往往導(dǎo)致作業(yè)中斷、整機不能運行，是萌生行車事故的一大因素。因此，牽引齒輪的可靠性是考核大型養(yǎng)路機械質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。
　　牽引齒輪的承載能力是指齒輪失效前所能傳遞的Z大允許載荷，一般以齒面不發(fā)生破壞性點蝕和齒根不發(fā)生斷裂為判據(jù)。齒輪的失效主要出現(xiàn)在輪齒上，齒輪的其他部分（如齒圈、輪輻、輪轂等），通常按經(jīng)驗設(shè)計，所定的尺寸強度及剛度安全系數(shù)較大，實踐中極少失效。
　　齒輪失效形式一般為表面失效與整體失效，表面失效有點蝕、磨損、膠合和齒面塑性變形，整體失效有折斷、輪齒塑性變形。齒輪每一種失效形式的出現(xiàn)并不是孤立的，齒面一旦出現(xiàn)點蝕或膠合，就會加劇齒面的磨損，齒面的嚴(yán)重磨損又將導(dǎo)致輪齒的折斷等。

　　2　失效形式
　　2.1點蝕
　　輪齒面在變化的接觸應(yīng)力條件下，會產(chǎn)生點狀剝蝕破壞現(xiàn)象。齒輪傳動過程中，接觸面上各點的接觸應(yīng)力呈脈動循環(huán)變化，經(jīng)過一段時間后，會由于接觸面上金屬的疲勞而形成細(xì)小的疲勞裂紋，裂紋的擴(kuò)展造成金屬剝落，形成點蝕。當(dāng)點蝕嚴(yán)重即產(chǎn)生破壞性點蝕時，傳動能力受到破壞，Z大的表現(xiàn)為機器產(chǎn)生很大的噪聲，齒輪報廢。
　　2.2齒面磨損
　　齒輪傳動過程中，齒面上的相對滑動會引起磨損，磨損會引起牽引齒輪的壽命縮短。
　　2.3輪齒折斷
　　輪齒折斷有多種形式，在正常情況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因為在輪齒受載時，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力Z大，再加上齒根過渡部分的截面突變及加工刀痕等引起的應(yīng)力集中作用，當(dāng)輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，致使輪齒疲勞折斷。此外，在輪齒受到突然過載時，也可能出現(xiàn)過載折斷、剪斷，或在輪齒受到嚴(yán)重磨損后齒厚過分減薄時，也會在正常載荷作用下發(fā)生折斷。
　　2.4膠合
　　當(dāng)齒輪在高速、大載荷或潤滑失效的情況下，兩齒面直接接觸形成局部高溫，接觸區(qū)出現(xiàn)較大面積黏連現(xiàn)象。
　　2.5塑性變形
　　在過大的應(yīng)力作用下，輪齒材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動所形成的。

　　3　提高齒輪承載力的措施
　　3.1選取合適的齒輪參數(shù)
　　根據(jù)車輛總體設(shè)計情況，傳動的要求，確定合適的齒輪大小、齒數(shù)、模數(shù)等參數(shù)。其中可以用增加齒根過渡圓角半徑，增大光潔度等細(xì)節(jié)設(shè)計來減小齒根應(yīng)力集中。還可以增大軸及支承的剛性，使輪齒接觸線上受載較為均勻。根據(jù)齒輪的加工方法，選擇合適的輪齒精度和齒面光潔度等。
　　3.2選取合適的材料
　　材料的選擇首先要滿足齒輪的強度需求。材料種類不同，化學(xué)成分、金相組織、機械性質(zhì)不同，其接觸疲勞強度也不同。同時還必須考慮到耐磨性、可熱處理性、可加工性、供應(yīng)情況和價格等。
　　3.3承載能力校核
　　設(shè)計時相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對牽引齒輪承載能力進(jìn)行校核，同時還可利用有限元分析軟件進(jìn)行分析，提高準(zhǔn)確度。對于系列車型和相似工況的車型還可同成熟設(shè)計的牽引齒輪進(jìn)行類比設(shè)計，提高可靠性。
　　3.4選取合適的工藝方法
　　齒輪一般都需經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以提高承載能力和延長使用壽命，齒輪在熱處理后應(yīng)滿足以下性能要求：①較高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度（抗疲勞點蝕）；②齒面具有較高的硬度和耐磨性；③齒輪心部具有足夠的強度和韌性。
　　熱處理方法除了取決于輪齒強度的要求以外，還要考慮到齒輪的結(jié)構(gòu)和尺寸、材料的淬透性、熱處理后的變形程度及齒的精加工方法等。
　　為了使齒根產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，還可以采用噴丸和輥壓，通過齒面冷加工消除齒面的缺陷，輥壓還可以提高齒根圓角處的表面光潔度。
　　3.5提高裝配精度
　　提高齒輪箱的加工精度，減少齒輪的裝配誤差，提高齒輪的嚙合精度，可以改善輪齒的受力情況，提高牽引齒輪的承載能力，延長使用壽命。
　　3.6選取合適的潤滑方式及潤滑油
　　良好的潤滑可以充分發(fā)揮齒輪的承載能力