我國齒輪發展趨勢分析與展望

 

  國際上，動力傳動齒輪裝置正沿著小型化、高速化、標準化方向發展．特殊齒輪的應用、行星齒輪裝置的發展、低振動、低噪聲齒輪裝置的研制是齒輪設計方面的一些特點．為達到齒輪裝置小型化目的，可以提高現有漸開線齒輪的承載推力。各國普遍采用硬齒面技術，提高硬度以縮小裝置的尺寸；也可應用以圓弧齒輪為代表的特殊齒形。英法合作研制的艦載直升飛機主傳動系統采用圓弧齒輪后，使減速器高度大為降低。隨著船舶動力由中速柴油機代替的趨勢，在大型船上采用大功率行星齒輪裝置確有成效；現在冶金、礦山、水泥一軋機等大型傳動裝置中，行星齒輪以其體積小、同軸性好、效率高的優點而應用愈來愈多。 

  由于機械設備向大型化發展，齒輪的工作參數提高了。如高速齒輪的傳遞功率為1000-30000kw。齒輪圓周速度為20~200m／s（1200-12000r／min），設計工作壽命為5X104-10X104小時；軋鋼機齒輪的圓周速度已由每秒幾米提高到20m/s，甚至30～50m/s。傳遞扭炬達l00~200t.m,要求使用壽命在20～30年以上。這些齒輪的精度等級一般在3～8級。并對平穩性與噪聲有較高的要求。對于高速齒輪（包括透平機械齒輪）。在圓周速度超過100m／s時由于運轉中的熱效應要求在設計始對產生的熱變形進行修正，使齒輪在工作時達到一個正常的嚙合狀態。特別對于高速重載齒輪。更要加以考慮。其次，對于低速重載齒輪如軋鋼機齒輪，由于采用硬齒面齒輪后，其齒面負荷系數增加而引起的整個齒輪裝置系統的彈性變形變得突出了，所以有時也要對反映到齒面的彈性變形進行修正。這種對齒輪輪齒修形的技術是目前大功率、高速、重載齒輪制造的一個重要趨勢。

 

  在齒輪制造技術方面．主要是進行硬齒面加工，尤其是大型硬齒面齒輪的切切與熱處理工藝的發展，如超硬切齒、滾內齒、成形磨齒、大模數齒輪珩齒、彈性砂輪拋光、輪齒修形、以及深層沙碳等新工藝正在生產上不斷地試驗與應用。齒輪制造工藝的發展很大程度上表現在精度等級與生產效率的提高．自七十年代以來各種齒輪的制造精度，普遍提高左右．有的甚至2～3級．一般低速齒輪精度由過去的8～9級提高到7～8級。機床齒輪由6～8級提高到4～6級．軋機齒輪由7～8級提高到5～6級。

 

  對于模數不大的中小規格齒輪，由于高性能滾齒機的開發，加上刀具材料的改善，滾齒效率有了顯著提高。采用多頭滾刀，在大進給且條件下，可達到的切削速度為90m/s。如用超硬滾刀加工模數3左右的調質鋼齒輪，切削過度可達200m／s．提高插齒效率，要受到插齒機刀具往復運動機構的限制。近期在開發采用刀具卸載，使用靜軸承，增強刀架與立柱剛性等新結構后，效率有明顯提高。新型插齒機的沖程數可達到2000次／分。

 

  由于硬齒面齒輪廣泛應用，以及高速、高性能要求的齒輪日益增多，因此要求磨齒加工，在效率和質量上都要提高。一般來說。展成法磨齒用得較普遍．而成形法磨齒則少．MAAG磨齒法，雖然磨齒精度高，但效率低。不適合重磨削。而Niles與Hofler公司生產的單砂輪磨齒機剛性好精度可靠，適合于大進給量加工，效率高。近年來，為提效率也在改進磨制方法，如減少磨削次數，壓縮展成長度，縮短尾削沖程；為此MAAG公司提出的"K"一磨削法與Niles公司提出的"雙面磨削法"都提高了實際磨削效率。目前對于成批磨削中、小用數齒輪，傾向于采用蝸桿砂輪磨齒機，磨削效率很高，對于磨削大模數齒輪，除可應用能重磨削的單砂輪磨齒外，采用成形圖削方法。

也是一種有效磨削的有效途徑。

   此外，還有一些新的工藝方法，如美國格利森公司研制的G－TRACNo765型軌道式切齒機，每小時能加工88個齒輪，比普通滾齒機提高3～4倍。雙刀盤有效切齒工藝．切削速度可達137m/s，粗、精加工一個m=1.5mm、外徑24．43mm、齒寬19mm的斜齒輪，只需6秒鐘，其效率為該齒的5～10倍．美國密芝根工具公司的多刀頭插齒，效率比普通插齒提高5~10倍，汽車行業齒輪冷成型工藝，冷擠、熱軋等少無切削工藝也不斷獲得新的發展。

 

  關于齒輪材料與熱處理．隨著便自面齒輪的發展，也逐漸受到人們的重視。

 

  齒輪用鋼的發展趨勢；一是含Cr，Ni，Mo的低合金鋼；二是硼鋼；三是碳氮共滲用鋼；四是易切削鋼。由于我國缺乏Ni、Cr，常用20CrMnTi滲碳鋼或用含硼加稀土鋼。重型機械常用18CrMnNiMo滲碳鋼或中碳合金鋼。機床行業食用40Cr，38CrMoAl等鋼以及高速齒輪用25Cr2MoV鋼進行氮化。

 

  齒輪熱處理工藝一般有碳滲（或碳氮共滲）、氮化、感應淬火、調質等四類．當前總的趨勢是提高齒面硬度，滲碳淬火齒輪的承載能力可比調質齒輪提高2~3倍，表111＃出用不同加工方法制造的齒輪．其中間距、重量、系數的對比。

 

滲碳淬火齒輪可以獲得高的表面硬度、耐磨性、韌性和抗沖擊性能，能提供高的抗點蝕、抗疲勞性能。心部和滲碳層的性能主要取決于選用何種熱處理工藝，如將齒輪調質處理到360HB時，其齒面接觸疲勞極限應力ph．-750N/mm2，如表面淬火到HRC56-60-時，pJ1500N/mm2,如表面滲碳到同樣硬度時yi.-1200N/mm2，對于調質齒輪．由于齒輪刀具材料的改進．已將小齒輪的齒面硬度提高到360HB,大齒輪提高到280HB以上。

 

  齒輪滲碳大多數采用氣體滲碳法。常用丙烷氣發生爐生成氣體，送入滲碳爐進行，也有用液注式滲碳爐，使有機液體在爐內氣化進行滲碳．這種方法占地少，原料與處理費用低：爐子不穩定工作時間也短，有利于節約能源和成本．近期發展的真空離滲碳法，尤其對于深層滲碳要求的齒輪，可進一步縮短時間，減少變形。

 

   電子計算機在各工業領域的應用；促進了各項技術的發展．同樣，在齒輪的設計、計算方面進展也很快，人們利用計算機能對各種可能的設計方實進行計算、分析和比較，并通過優選，取得較為理想的結果．例如在分析齒面接觸區，求嚙合線與相對速度夾角中，對彈流潤滑計算以及幾何參數計算等方面編制了程序。還有，在齒輪修形計算與齒輪承載能力計算方面都編有程序．我國已編制了GB3480-83漸開線圓柱齒輪承載能力計算標準的程序軟件,供生產應用．在齒輪加工方面，可以利用計算機控制整個切齒過程．使制造質量穩定可靠．目前，國內在研究應用微機對弧齒錐齒輪的切齒調整卡進行計算，可對加工偏差及時調整．使齒面接觸達到比較理想的位置，并大大提高了工效。此外，根據數控原理，應用微機對環面蝸桿螺旋齒面進行拋物線修形，已經應用于生產。雖然這方面的工作在國內還處于起步階段，但它對提高齒輪制造質量和技術水平具有重要意義。