主动螺旋锥齿轮材料选择及工艺设计汇总

目录

0 前言 (1)

1 装载机主动螺旋锥齿轮的服役条件及性能要求 (1)

1.1 主动螺旋锥齿轮零件的服役条件 (2)

1.2 主动螺旋锥齿轮的性能要求 (2)

1.3主动螺旋锥齿轮的技术要求 (6)

2 主动螺旋锥齿轮材料的选择 (3)

2.1 齿轮材料选择的基本原则 (3)

2.2 主动螺旋锥齿轮常用材料 (4)

2.3 选出主动螺旋锥齿轮材料 (5)

3 20CrMnTi螺旋锥齿轮加工工艺制定及分析 (6)

3.1锻造 (6)

3.2 正火 (6)

3.3 高温回火 (7)

3.4 渗碳 (7)

3.5淬火及低温回火 (9)

3.6 喷丸处理 (10)

3.7 磨齿 (10)

4 锥齿轮热处理过程可能产生的缺陷及预防措施 (11)

5 锥齿轮使用中可能出现的失效形式及分析 (13)

6 心得体会 (15)

装载机主动螺旋锥齿轮材料的选择及工艺设计

0 前言

装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。

装载机的铲掘和装卸物料作业是通过其工作装置的运动来

实现的。装载机工作装置由铲斗、动臂、连杆、摇臂和转斗油缸、动臂油缸等组成。整个工作装置铰接在车架上。铲斗通过连杆和摇臂与转斗油缸铰接，用以装卸物料。动臂与车架、动臂油缸铰接，用以升降铲斗。铲斗的翻转和动臂的升降采用液压操纵。

装载机作业时工作装置应能保证：当转斗油缸闭锁、动臂油缸举升或降落时，连杆机构使铲斗上下平动或接近平动，以免铲斗倾斜而撒落物料；当动臂处于任何位置、铲斗绕动臂铰点转动进行卸料时，铲斗倾斜角不小于45°，卸料后动臂下降时又能使铲斗自动放平。

目前国产装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。齿轮在装载机工作过程中起着重

要的作用，本文着重介绍装载机螺旋锥齿轮材料的选择以及其制作工艺。

1 装载机主动螺旋锥齿轮的服役条件及性能要求

1.1 主动螺旋锥齿轮零件的服役条件

齿轮在装载机工作过程中起着传递动力和改变速度的作用，啮合齿面间既有滚动、又有滑动，轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。在由此而引起的各种应力的作用下，齿轮将发生轮齿折断、齿面胶合、齿面疲劳及齿面磨损等失效情况。引起齿轮失效的主要应力有：摩擦力、接触应力和弯曲应力。根据齿轮失效的形式和原因，在选择齿轮材料及热处理方法是应从以下几个方面考虑：(1)齿轮表面有足够的硬度。齿面存在实际上的凹凸不平，因而局部会产生很大的压强，引起金属塑性变形或嵌入相对表面，导致金属直接接触和粘着，当啮合齿面相对滑动是，产生了摩擦力。齿面磨损就是由于相互摩擦的结果。减少这类磨损的关键是提高轮齿表面的塑变抗力，即提高齿面硬度。提高齿面硬度还可以改善齿面接触状态，从而提高齿面的抗疲劳能力。(2)轮齿芯部要有足够的强度和韧性，以保证在变载或冲击载荷作用下，轮齿有足够的抗冲击能力。(3)大小齿轮应有一定的硬度差，以提高其抗胶合能力。(4)考虑材料加工性和经济性。

1.2 主动螺旋锥齿轮的性能要求

螺旋锥齿轮是装载机的主要传动零件，主动螺旋锥齿轮是将汽车变速器传过来的动力传递给从动锥齿轮，从动锥齿轮再将动力传递给差速器。因此，零件结构上主动螺旋锥齿轮是齿轮轴，一端是花键，与变速器动力输出轴相连，另一端是螺旋锥齿轮；从动锥齿轮是盘状齿轮，直径大于主动螺旋锥齿轮，起到减速作用，同时沿圆周均布一些螺栓孔，使从动锥齿轮通过螺栓固定在

差速器壳上，将减速后的动力传递给差速器。主动锥齿轮既有高的传动速度，同时又传递较大的扭矩，而且在装载和刹车时承受冲击载荷。这类齿轮的主要失效方式有磨损、点蚀和断裂。故主动螺旋锥齿轮应满足如下性能要求：①良好的力学性能；②良好的渗碳淬火性能；③良好的抗冲击性能；④良好的心部硬度；⑤良好的热变形性能。

1.3 主动螺旋锥齿轮的技术要求

综合上述主动螺旋锥齿轮的服役条件及性能要求，提出如下技术要求：①锻件不得有任何锻造缺陷。②正火处理HB179-217。

③表面渗碳硬度为HRC58-62，心部硬度为HRC32-45，过渡层硬度变化应该缓慢直到基体低碳，渗碳深度为1.0～1.4mm，含碳量为0.8%～1.05%。④金相检验标准应符合《汽车渗碳齿轮金相检验标准》(JB1673-75)规定。⑤低温回火做喷丸处理。

2 主动螺旋锥齿轮材料的选择

2.1 齿轮材料选择的基本原则

齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑以下几点因素，以选择出适合的材料：

（1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金钢；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。

（2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿