張二虎

（金鷹重型工程機(jī)械有限公司）

　　摘　要：對(duì)造成大型養(yǎng)路機(jī)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(jì)、加工工藝、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品試驗(yàn)及應(yīng)用等幾個(gè)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(jī)械；牽引齒輪；承載能力；可靠性

　　1　前言
　　大型養(yǎng)路機(jī)械車軸齒輪箱牽引齒輪（圓柱齒輪、圓錐齒輪）位于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的Z后一個(gè)環(huán)節(jié)，牽引齒輪將從變速箱（變扭器）或其他動(dòng)力裝置輸入到齒輪負(fù)的動(dòng)力傳遞給車輪，其作用是使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得合適的減速、增大扭矩，并改變傳動(dòng)方向（對(duì)圓錐齒輪），以使大型養(yǎng)路機(jī)械具有良好的動(dòng)力性能。牽引齒輪工作時(shí)通過(guò)齒面的接觸傳遞動(dòng)力，齒部承受較大的交變應(yīng)力和摩擦力，嚙合不均勻時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，而大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)時(shí)，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(jī)不能運(yùn)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(jī)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(diǎn)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(yàn)設(shè)計(jì)，所定的尺寸強(qiáng)度及剛度安全系數(shù)較大，實(shí)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(diǎn)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(diǎn)蝕或膠合，就會(huì)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(diǎn)蝕
　　輪齒面在變化的接觸應(yīng)力條件下，會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)狀剝蝕破壞現(xiàn)象。齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，接觸面上各點(diǎn)的接觸應(yīng)力呈脈動(dòng)循環(huán)變化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，會(huì)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(diǎn)蝕。當(dāng)點(diǎn)蝕嚴(yán)重即產(chǎn)生破壞性點(diǎn)蝕時(shí)，傳動(dòng)能力受到破壞，Z大的表現(xiàn)為機(jī)器產(chǎn)生很大的噪聲，齒輪報(bào)廢。
　　2.2齒面磨損
　　齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，齒面上的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)引起磨損，磨損會(huì)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?yàn)樵谳嘄X受載時(shí)，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力Z大，再加上齒根過(guò)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(huì)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(guò)載時(shí)，也可能出現(xiàn)過(guò)載折斷、剪斷，或在輪齒受到嚴(yán)重磨損后齒厚過(guò)分減薄時(shí)，也會(huì)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(rùn)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(guò)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(dòng)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(jì)情況，傳動(dòng)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(guò)渡圓角半徑，增大光潔度等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)來(lái)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(qiáng)度需求。材料種類不同，化學(xué)成分、金相組織、機(jī)械性質(zhì)不同，其接觸疲勞強(qiáng)度也不同。同時(shí)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(jià)格等。
　　3.3承載能力校核
　　設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)牽引齒輪承載能力進(jìn)行校核，同時(shí)還可利用有限元分析軟件進(jìn)行分析，提高準(zhǔn)確度。對(duì)于系列車型和相似工況的車型還可同成熟設(shè)計(jì)的牽引齒輪進(jìn)行類比設(shè)計(jì)，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(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以提高承載能力和延長(zhǎng)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(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度（抗疲勞點(diǎn)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(qiáng)度和韌性。
　　熱處理方法除了取決于輪齒強(qiáng)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(guò)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(zhǎng)使用壽命。
　　3.6選取合適的潤(rùn)滑方式及潤(rùn)滑油
　　良好的潤(rùn)滑可以充分發(fā)揮齒輪的承載能力