0 引言

      齒（chǐ）輪傳動是機械傳動中（zhōng）應用最（zuì）為廣泛（fàn）的一種傳動形（xíng）式。TPX619B普通臥式銑鏜床是沈陽機床集團的經典產品之一，其主軸箱內部結構複雜，齒輪（lún）眾多。機床自麵（miàn）世以來，由於齒輪（lún）導致的故（gù）障率極低，可見其齒輪設計合理，材料和熱（rè）處理工藝選擇得當，現對TPX619B主運動齒輪材料（liào）及（jí）熱處理工藝進行介紹。

      1 齒（chǐ）輪（lún）常用材料和熱處理工藝

      高頻淬火（huǒ）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（dà）批量生產時, 一般要求精選含碳量以保證質（zhì）量。45 #鋼（gāng）限製在0.42%～0.47%C, 40Cr 鋼限（xiàn）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（tǐ）, 而心部則為毛坯熱處理(正火或調質) 後（hòu）的組織。

      由於齒（chǐ）輪的承載範圍廣,工作情況複（fù）雜, 應根據不同的工作環境及要求選擇適用的強化手段。對於中檔承載能力的齒（chǐ）輪(m =2～10 mm),線速度≤30 m/s,齒麵接觸（chù）應力≤700 MPa, 精度9～7級（jí）,往往要（yào）求達到一定的硬化層深度（dù）, 而滲氮是實現深（shēn）層處理的低溫化學（xué）熱處理工藝。而某（mǒu）些高（gāo）速齒輪的線速（sù）度高達100 m/s 以上, 提高這些齒輪（lún）的齒（chǐ）麵抗擦（cā）傷、抗膠合能力十分重要, 可將滲氮與低（dī）溫電解滲硫複合處（chù）理作為進一步提（tí）高抗膠能力的（de）工藝[1]。而對於高精度、小模（mó）數的（de）齒輪常采用氣體碳氮共（gòng）滲工藝, 既可提（tí）高零件（jiàn）的耐磨性和接觸（chù）疲勞強度, 又能保（bǎo）證齒輪磨削後（hòu）的精度達到設（shè）計要求。

      齒輪的滲碳層深度可（kě）以根據模數來選擇[2]。當模數≤1.25 mm時，深（shēn）度範圍為（wéi）0.1~0.25 mm；當（dāng）模數為1.5~2.5 mm時，深度範圍為0.25~0.40 mm；當模數（shù）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（shēn）度範圍＞0.50 mm；對於高速重載（zǎi）齒輪，滲碳層深度範圍為（wéi）0.7~1.1 mm。

      在（zài）工作中，齒（chǐ）輪的受力情況比（bǐ）較複雜，齒輪的（de）根部受交變彎曲應力，齒（chǐ）麵受大的接觸（chù）應力並產生強烈的摩擦，並且在齧合不良時，還受到一定的衝擊載荷，所以齒輪一般要具有以下性能。

      1） 較高的（de）彎曲疲（pí）勞（láo）強度和接觸疲勞強度；2）齒麵具有較高的硬度和耐磨性；3）齒輪芯（xīn）部具有足夠（gòu）的強度和韌性（xìng）。

      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主運動齒輪分析

      2.1 主運動齒（chǐ）輪材料（liào）及熱（rè）處理選擇

      主電機：1 450 rpm，功率：7.5 kW，主軸（zhóu）轉速：8~1 000 r/min,最大扭矩：1 225 Nm，最大軸向抗力：12250 N。屬（shǔ）於低速、中重型機床且齒輪運行環境良好。機床主軸箱齒輪（lún）承擔著傳遞動力和變速（sù）的（de）任務，工作（zuò）時間長，故一般采用碳鋼或40Cr或20Cr製造，見圖1 和表1。

      40Cr合金鋼齒輪熱處理為齒部高頻淬火+低溫回火，熱處理（lǐ）後，表麵硬度可達48HRC。提高了鋼（gāng）的表麵耐磨性，且芯（xīn）部由於沒有進行淬火保持了好的韌（rèn）性，變形小；圖1中5~8、13、14齒輪（lún）在傳動中受衝（chōng）擊力大，且換（huàn）擋次（cì）數頻繁，所以要求齒輪具有高的耐磨性，疲勞強度和芯（xīn）部韌性。故選用20Cr材料。熱處理工藝采用滲碳+淬火（huǒ）+低（dī）溫回火。根據機床齒輪的工作（zuò）狀態，屬於重載齒輪，故滲碳層（céng）取0.9 mm。滲碳後（hòu）表麵含碳量提高，表麵硬度要求58（59）HRC;芯（xīn）部硬度可達30~45HRC，保證了足夠的強（qiáng）度（dù）和韌性。

      2.2 主運動齒輪常見問（wèn）題分析

      在實際生產和服（fú）務過程中，機床主運動部分有齒輪噪聲、雜音等現象發（fā）生，也偶有發生斷齒和齒輪變（biàn）形的情況（kuàng）。齒輪噪聲和雜音的產生一般是（shì）因（yīn）加工精度不能保證（zhèng）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，齒輪精（jīng）度不合（hé）格等。通過嚴格控製產品質（zhì）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的情況則是由於熱處理不當引起的。實（shí）際生產中小尺寸的滲碳鋼齒（chǐ）輪易發生斷齒現象，需要進行滲碳的齒輪，若滲碳層過大，則會導致（zhì）齒輪芯部（bù）硬（yìng）度過高，韌性不足（zú），導致斷齒現象的發生。齒輪變形則是由於表麵硬度不（bú）夠造成的，檢測變形（xíng）齒輪發現變形齒輪硬度低於（yú）圖紙要求硬度（dù），嚴格控製熱處理工藝後症狀沒有再發生。由（yóu）上述可見， TPX619B產品的（de）齒輪材料（liào）和（hé）熱處（chù）理與其運（yùn）行工況是相符的，能滿足機床工作需要。

      3 結束語

      雖然齒輪設（shè）計在機床設計工作中的數量在減少，但隨著電氣技術的提高對齒輪提出的要求也相應提高，從我國現階段機床發（fā）展水平來看，齒輪傳動結構還（hái）不可（kě）避（bì）免[3]。為保證力學性能（néng）、提高齒輪傳動質量根據工況要正確（què）地選擇齒輪材料、冷加工（gōng）和熱處理工藝（yì）。長（zhǎng）時間的（de）市場（chǎng）檢驗證明，本產品（pǐn）質（zhì）量穩定，主軸箱齒輪故障率低，說明其工（gōng）況和齒輪材料及熱處理工藝相當匹配。希（xī）望本文能對讀者在機床齒（chǐ）輪設計中有所啟發（fā）。