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機械齒輪加工中的設計與選材的重點


1 機械齒輪加工中的設計

  煤礦機械齒輪,特別是承受重載和沖擊載荷的提升和采掘運輸機械齒輪,其彎曲極限應力強度增大到1200MPa,接觸耐久性極限強度亦增大到1600MPa,如何在不加大外形尺寸的條件下提高其強度和壽命,需進一步進行科研技術攻關,優化設計參數。優化設計的內容包括載荷的準確計算、強度計算公式的修正、優化選材、優化齒形結構、先進的加工和處理工藝、提高表面光潔度、合理的硬度和嚙合參數、有效的潤滑參數和裝配要求等,提高標準化、系列化程度。筆者認為還可以采用以下幾種比較先進的優化設計方法:①有關行業標準,采用CAD進行齒輪強度計算和齒輪結構方案的類比,選出最優的設計方案。②利用保角映射和有限元法等方法分析齒根彎曲應力,采用較大半徑的齒根過渡圓角并采用凸頭留磨滾刀加工外齒輪齒形,以此降低齒根彎曲應力集中,提高彎曲強度。③根據彈性力學知識分析輪齒的嚙合形變,采用齒頂修緣,修緣線是采用較大壓力角的漸開線;采用齒面噴丸處理等工藝來提高輪齒的接觸和彎曲疲勞強度。④根據彈流潤滑理論研究齒輪潤滑狀態后,采用極壓添加劑的高粘度齒輪潤滑油來改善齒輪的潤滑狀態。

2 機械齒輪加工中的選材

  齒輪材料的選擇,要根據強度、韌性和工藝性能要求,綜合考慮。結合我國實際,宜選用低碳合金滲碳鋼。對于承受重載和沖擊載荷的齒輪,采用以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金滲碳鋼為主的鋼材(含Ni量2%~4%);對于負載比較穩定或功率較小、模數較小的齒輪,亦可選用無Ni的Ni-Mn鋼。這些滲碳合金鋼的含碳量較低,平均為0.2%以下,其中的Mo、Mn均能增加鋼的淬透性(含Mn量以0.4%~0.6%為宜),Cr能增加鋼的淬透性和耐磨性,Ni對提高鋼的韌性特別有效。應研制、采用新型淬透性好的滲碳齒輪鋼(國外稱為“H”鋼系列),它具有較窄范圍的淬透性帶,可保證齒輪變形范圍小并達到要求的芯部硬度。應盡量選用冶金質量好的真空脫氣精煉鋼(R—H脫氣鋼)和電渣重熔合金鋼,這種鋼材的純度高,具有較好的致密度,含氧、氮和非金屬雜質極少,塑性和韌性好,減少了機械性能和各向異性。用這種鋼材制造的齒輪與普通電爐鋼制造的齒輪相比,其接觸和彎曲疲勞壽命可提高3~5倍,齒輪極限載荷可提高15%~20%。
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