0 引言

      齒輪傳動是（shì）機械傳（chuán）動中應用（yòng）最（zuì）為廣泛的一種傳動形式。TPX619B普通臥（wò）式銑鏜床是沈陽機床集團的經（jīng）典產品之一，其（qí）主軸箱內部結構複雜（zá），齒輪眾（zhòng）多。機床自（zì）麵世以來，由於齒輪（lún）導致的故障率（lǜ）極低，可見其齒輪設計合理，材料和熱處理工藝選擇得（dé）當，現對TPX619B主運動齒輪材料及熱處理工（gōng）藝進行介紹。

      1 齒輪常用材料和熱（rè）處理工藝

      高頻淬火齒輪通常用含碳量為0.40%～0.50%碳鋼或低（dī）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（lǐ）(正火（huǒ）或調質) 後的組織（zhī）。

      由於齒輪的（de）承（chéng）載範圍廣,工作（zuò）情況複雜, 應根（gēn）據不同的工作環境及要求選擇適用的強化手段。對於中檔承載（zǎi）能力的齒輪(m =2～10 mm),線速度≤30 m/s,齒麵接觸應力（lì）≤700 MPa, 精度9～7級,往往要求（qiú）達（dá）到一定的硬化層深度, 而滲氮是實現深（shēn）層處理的低溫化學熱處理（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（xiē）齒輪的齒麵抗擦傷、抗膠合能力十分（fèn）重要, 可將滲氮與低溫電解滲（shèn）硫複合處理作為進一步提高（gāo）抗膠能力的工藝[1]。而對於高精度、小模數的齒輪常（cháng）采用氣體（tǐ）碳氮共滲工藝, 既可（kě）提高零件的耐磨性和接觸（chù）疲勞強度, 又能保證齒（chǐ）輪磨削後的精度達到設計要求。

      齒（chǐ）輪的滲碳層深度可以根據模數來選擇[2]。當模（mó）數≤1.25 mm時，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4.5~6 mm 時，深度範圍為0.45~0.55mm；當模數＞6 mm時，深度範圍＞0.50 mm；對於高速重（chóng）載齒輪，滲碳層深度範圍為0.7~1.1 mm。

      在工（gōng）作中，齒輪的受力情況比較（jiào）複雜，齒輪的根部受交（jiāo）變彎曲應力，齒麵受大的接觸應力並產生強烈的摩擦，並且在齧合不良時，還受（shòu）到一定的衝擊載荷，所以齒輪一般要具有（yǒu）以下性能。

      1） 較高的彎曲疲（pí）勞強度和接觸疲勞強度；2）齒麵具（jù）有較高的硬度和耐磨性；3）齒輪芯部（bù）具有足夠（gòu）的強度和韌性。

      為了（le）達到以上性能，滿（mǎn）足工作需要，就要根（gēn）據齒輪工作的載荷（hé）和工作環（huán）境合理地選擇齒（chǐ）輪材料和熱處（chù）理（lǐ）工藝。

      2 TPX619B主運動齒（chǐ）輪分析

      2.1 主運動齒輪材料及（jí）熱處理選擇

      主電機（jī）：1 450 rpm，功率：7.5 kW，主軸轉（zhuǎn）速：8~1 000 r/min,最大扭矩：1 225 Nm，最大軸向（xiàng）抗力：12250 N。屬於低速、中重型機床且齒輪（lún）運行環境良好。機床主軸箱齒輪承擔（dān）著（zhe）傳遞動力和變（biàn）速的任（rèn）務，工作時間長，故一般采（cǎi）用碳鋼或40Cr或20Cr製造，見圖1 和表1。

      40Cr合金鋼齒（chǐ）輪熱（rè）處理為（wéi）齒（chǐ）部高頻淬火+低溫回火，熱處理後，表麵硬度可達（dá）48HRC。提高了鋼的表麵耐（nài）磨性，且芯部由於（yú）沒有進行淬火保持了好的韌性，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（cì）數頻繁（fán），所以要（yào）求齒輪具有高的耐磨性，疲勞強度和芯部韌性。故選用20Cr材料。熱處理工（gōng）藝采用滲碳+淬火+低溫回火。根據機床齒輪的工（gōng）作（zuò）狀態，屬（shǔ）於重（chóng）載齒輪，故滲碳層取0.9 mm。滲碳後表麵含碳量提高，表（biǎo）麵硬度要求58（59）HRC;芯部硬度可達30~45HRC，保證（zhèng）了足夠的強度和韌性。

      2.2 主運動齒輪常見問題分析

      在實際生產和服務過程中，機（jī）床主運動（dòng）部分（fèn）有齒輪噪聲、雜音等現象發生，也偶有發生斷齒和齒輪變形的情況。齒輪噪聲和（hé）雜音的產生（shēng）一般是（shì）因加工精度不能保證而引起的，比如：磨齒齒麵魚鱗狀；滾齒、剃齒、插齒等齒麵粗糙有溝，齒輪（lún）精度不合格等。通過嚴格控製產品質量，保證零件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（xíng）的情況則是由於（yú）熱處理不當引起的。實際生（shēng）產中小尺寸的滲（shèn）碳鋼齒（chǐ）輪易發生斷齒現象，需要進行滲碳的齒輪，若滲碳層過大（dà），則會導致齒輪芯部硬（yìng）度過高，韌性不足，導致斷齒現象（xiàng）的發生。齒輪變（biàn）形則是由於表麵（miàn）硬度不夠造成的（de），檢測變形齒輪發現（xiàn）變形齒輪（lún）硬度低於（yú）圖紙要（yào）求（qiú）硬度，嚴格控製熱處理工藝後症狀沒有再發生。由上述可見， TPX619B產品的齒輪材料（liào）和熱處理與其運行工況是相符的，能滿（mǎn）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，但隨著電氣技術的（de）提高對齒輪提出的要求也相應提高，從我國現階段機床發展（zhǎn）水平來看，齒輪傳動結構還不可避免（miǎn）[3]。為保證力（lì）學性（xìng）能、提高（gāo）齒輪傳動質量根據（jù）工況（kuàng）要正確地（dì）選（xuǎn）擇齒輪材料、冷加工和（hé）熱處理工藝。長時間的市場檢驗證（zhèng）明，本產品質（zhì）量穩定（dìng），主軸箱齒輪故障率低，說明（míng）其工況和齒輪材料及熱處理工藝相當匹配（pèi）。希望本（běn）文能對讀者在機床齒輪設計中有所啟發（fā）。