我国齿轮发展趋势分析与展望

时间：2020-06-23

国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展．特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低振动、低噪声齿轮装置的研制是齿轮设计方面的一些特点．为达到齿轮装置小型化目的，可以提高现有渐开线齿轮的承载推力。各国普遍采用硬齿面技术，提高硬度以缩小装置的尺寸；也可应用以圆弧齿轮为代表的特殊齿形。英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统采用圆弧齿轮后，使减速器高度大为降低。随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势，在大型船上采用大功率行星齿轮装置确有成效；现在冶金、矿山、水泥一轧机等大型传动装置中，行星齿轮以其体积小、同轴性好、效率高的优点而应用愈来愈多。

由于机械设备向大型化发展，齿轮的工作参数提高了。如高速齿轮的传递功率为1000-30000kw。齿轮圆周速度为20~200m／s（1200-12000r／min），设计工作寿命为5X104-10X104小时；轧钢机齿轮的圆周速度已由每秒几米提高到20m/s，甚至30～50m/s。传递扭炬达l00~200t.m,要求使用寿命在20～30年以上。这些齿轮的精度等级一般在3～8。并对平稳性与噪声有较高的要求。对于高速齿轮（包括透平机械齿轮）。在圆周速度**过100m／s时由于运转中的热效应要求在设计始对产生的热变形进行修正，使齿轮在工作时达到一个正常的啮合状态。特别对于高速重载齿轮。更要加以考虑。其次，对于低速重载齿轮如轧钢机齿轮，由于采用硬齿面齿轮后，其齿面负荷系数增加而引起的整个齿轮装置系统的弹性变形变得**了，所以有时也要对反映到齿面的弹性变形进行修正。这种对齿轮轮齿修形的技术是目前大功率、高速、重载齿轮制造的一个重要趋势。在齿轮制造技术方面．重点是进行硬齿面加工，尤其是大型硬齿面齿轮的切切与热处理工艺的发展，如超硬切齿、滚内齿、成形磨齿、大模数齿轮珩齿、弹性砂轮抛光、轮齿修形、以及深层沙碳等新工艺正在生产上不断地试验与应用。

齿轮制造工艺的发展很大程度上表现在精度等级与生产效率的提高．自七十年代以来各种齿轮的制造精度，普遍提高一级左右．有的甚至2～3级．一般低速齿轮精度由过去的8～9级提高到7～8级。机床齿轮由6～8级提高到4～6级．轧机齿轮由7～8级提高到5～6级。

对于模数不大的中小规格齿轮，由于高性能滚齿机的开发，加上刀具材料的改善，滚齿效率有了显着提高。采用多头滚刀，在大进给且条件下，可达到的切削速度为90m/s。如用超硬滚刀加工模数3左右的调质钢齿轮，切削过度可达200m／s．提高插齿效率，要受到插齿机刀具往复运动机构的限制。较近在开发采用刀具卸载，使用静**承，增强刀架与立柱刚性等新结构后，效率有明显提高。新型插齿机的冲程数可达到2000次／分。

由于硬齿面齿轮广泛应用，以及高速、高性能要求的齿轮日益增多，因此要求磨齿加工，在效率和质量上都要提高。一般来说。展成法磨齿用得较普遍．而成形法磨齿则少．MAAG磨齿法，虽然磨齿精度高，但效率低。不适合重磨削。而Niles与Hofler公司生产的单砂轮磨齿机刚性好精度可靠，适合于大进给量加工，效率高。近年来，为提高效率也在改进磨制方法，如减少磨削次数，压缩展成长度，缩短尾削冲程；为此MAAG公司提出的"K"一磨削法与Niles公司提出的"双面磨削法"都提高了实际磨削效率。目前对于成批磨削中、小用数齿轮，倾向于采用蜗杆砂轮磨齿机，磨削效率很高，对于磨削大模数齿轮，除可应用能重磨削的单砂轮磨齿外，采用成形图削方法。
也是一种高效磨削的有效途径。
此外，还有一些新的工艺方法，如美国格利森公司研制的G－TRACNo765型轨道式切齿机，每小时能加工88个齿轮，比普通滚齿机提高3～4倍。双刀盘高效切齿工艺．切削速度可达137m/s，粗、精加工一个m=1.5mm、外径24．43mm、齿宽19mm的斜齿轮，只需6秒钟，其效率为该齿的5～10倍．美国密芝根工具公司的多刀头插齿，效率比普通插齿提高5~10倍，汽车行业齿轮冷成型工艺，冷挤、热轧等少无切削工艺也不断获得新的发展。

关于齿轮材料与热处理．随着便自面齿轮的发展，也逐渐受到人们的重视。

齿轮用钢的发展趋势；一是含Cr，Ni，Mo的低合金钢；二是硼钢；三是碳氮共渗用钢；四是易切削钢。由于我国缺乏Ni、Cr，常用20CrMnTi渗碳钢或用含硼加稀土钢。重型机械常用18CrMnNiMo渗碳钢或中碳合金钢。机床行业食用40Cr，38CrMoAl等钢以及高速齿轮用25Cr2MoV钢进行氮化。

齿轮热处理工艺一般有碳渗（或碳氮共渗）、氮化、感应淬火、调质等四类．当前总的趋势是提高齿面硬度，渗碳淬火齿轮的承载能力可比调质齿轮提高2~3倍，表111＃出用不同加工方法制造的齿轮．其中心距、重量、安全系数的对比。

渗碳淬火齿轮可以获得高的表面硬度、耐磨性、韧性和抗冲击性能，能提供高的抗点蚀、抗疲劳性能。心部和渗碳层的性能主要取决于选用何种热处理工艺，如将齿轮调质处理到360HB时，其齿面接触疲劳极限应力ph．-750N/mm2，如表面淬火到HRC56-60-时，pJ1500N/mm2,如表面渗碳到同样硬度时yi.-1200N/mm2，对于调质齿轮．由于齿轮刀具材料的改进．已将小齿轮的齿面硬度提高到360HB,大齿轮提高到280HB以上。

齿轮渗碳大多数采用气体渗碳法。常用丙烷气发生炉生成气体，送入渗碳炉进行，也有用液注式渗碳炉，使**液体在炉内气化进行渗碳．这种方法占地少，原料与处理费用低：炉子不稳定工作时间也短，有利于节约能源和成本．较近发展的真空离渗碳法，尤其对于深层渗碳要求的齿轮，可进一步缩短时间，减少变形。

电子计算机在各工业领域的应用；促进了各项技术的发展．同样，在齿轮的设计、计算方面进展也很快，人们利用计算机能对各种可能的设计方实进行计算、分析和比较，并通过优选，取得较为理想的结果．例如在分析齿面接触区，求啮合线与相对速度夹角中，对弹流润滑计算以及几何参数计算等方面编制了程序。还有，在齿轮修形计算与齿轮承载能力计算方面都编有程序．我国已编制了GB3480-83渐开线圆柱齿轮承载能力计算标准的程序软件,供生产应用．在齿轮加工方面，可以利用计算机控制整个切齿过程．使制造质量稳定可靠．目前，国内在研究应用微机对弧齿锥齿轮的切齿调整卡进行计算，可对加工偏差及时调整．使齿面接触达到比较理想的位置，并大大提高了工效。此外，根据数控原理，应用微机对环面蜗杆螺旋齿面进行抛物线修形，已经应用于生产。虽然这方面的工作在国内还处于起步阶段，但它对提高齿轮制造质量和技术水平具有重要意义。

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