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齿 轮 断 齿 分 析郑州机械研究所 罗 强 那凤玲 林 彤 齿轮是一种复杂的机械零件，它的参数设计、材料热处理、强度计算、制造工艺、精度检测以及安装调试等等都是较为复杂的，而这一系列工作过程控制的是否严格，都对齿轮的工作质量，如强度、噪声寿命等有很大的影响，特别是有些项目控制的好，强度和寿命可成倍的提高；控制的不好，则成倍的下降。 下面就我们所遇到的具体问题做一分析。 某汽车变速箱常啮合及五档齿轮在工作中出现了断齿问题。使用时间：一般为一万公里左右。断口清洗后观察为超前疲劳断裂，断齿部位在齿根圆角过渡处。一、齿轮参数 五档：Dp=11 常啮合：Dp=11 an=17.5 an=17.5 b=29411 b25 hax1 ha x1 Z1=51 Z2=21 Z1=51 Z2=21 二、齿轮的材料及热处理 齿轮采用20CrMnTi低碳合金钢，这种材料用于小截面的渗碳淬火齿轮性能较好。原始材料：b1979Nmm2 。 s883Nmm28 Y 50 ak78.5J/cm2对齿轮的热处理要求，图纸标注为：渗碳层深0.71.1 表面硬度：HRC5863 心部硬度：HRC3043 经检测齿轮内在质量报告见附录1 三、精度检测 在PFSU1200渐开线检查仪上，测齿轮的齿形公差及齿向公差，检测曲线见附录2。 参考被测齿轮的剃前滚刀图，并在投影放大仪上，实测齿轮的齿根圆角半径r0.15mm（0.30.4mm）。 四、强度计算中载荷的确定 该车发动机最大功率为了70.6KW，最大输出扭矩为245Nm，使用条件多为使用者超载运输。该车马力大，速度高有超载的可能，这就给超载使用提供了条件。所以本计算以最大扭矩在发动机转速为2200rpm时计。 强度计算使用GB348083“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”的计算机软件进行，至于其它输入参数及运算结果均显示于附录3的打印结果中。需要说明的是，附录中的两打印结果是分别用不同的齿根圆角半径r0.15mn和r0.42mn进行计算的。五、齿轮基本情况分析 l、精度检测可知，齿形有中凹现象，而齿向非工作齿面稍好，工作齿面呈较大的偏斜状，而与之相啮合的齿轮则呈相应的啮合偏斜状。此现象出现，分析可能是五档齿轮在断前处于轴承刚度不足而形成的。这样就会给齿轮工作带来附加载荷。 2、经计算该汽车齿轮齿顶高系数均大于1，达1.25左右。这对提高齿的柔性、重合度及降低噪声有利。但对弯曲强度带来不利影响，经验算五档齿轮的弯曲强度在各方面条件较理想时(特别是在齿根圆角半径r0.42mn时)弯曲应力的安全系数也刚刚超过1。这对齿轮的加工工艺的实施提出了严格的要求。 3、经检测五档及常啮合齿轮的齿根圆角半径为r(0.30.4)mm0.15mn。经强度计算，这时齿轮的弯曲强度应力的安全系数(见计算结果)小于1。这就为早期断齿提供了依据。而当将齿轮齿根圆角半径放大为0.97mm(0.42mn)时，则齿轮弯曲应力安全系数是可以通过的。 4、经内在质量检测，该车齿轮的材料、热处理状况均符合图纸要求见检查报告。 六、断齿原因分析 从以上几点分析可以看出，该车变速箱齿轮早期疲劳断齿原因： l、使用条件超载是基本原因 2、在材料热处理状况过关的情况下，齿根圆角半径过小，连标准剃前滚刀规定值r0.3mn的条件都未达到，这是断齿的一个重要原因。根据计算可知，加大齿根圆角半径，可大大提高齿轮的弯曲强度，提高抗断齿效果。 3、渗碳淬火齿轮能在齿面产生残余压应力，本来对提高齿轮的弯曲疲劳强度是十分有利的，但由于渗碳淬火过程中，表面脱碳、晶界氧化，影响至齿面的显微组织，致使材料的性能达不到予定要求，对于这一影响可采用齿根喷丸处理或采用真空淬火工艺来加以改善。 目前通过加大齿根圆角半径(把齿根变为一单圆弧)及喷丸处理，该变速箱已通过了实验场地试验，达到了使用要求。参考文献：l、汽车齿轮 1982、32、机械传动 1992、23、第四届全国齿轮强度与试验学术会议论文集 1991、124、GB348083渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法参 考 文 献1 日 中岛宏兴，荒本透。 关于CrMo表面硬化钢的等温较变曲线齿面热处理1 上海市科学技术编译馆出版 1965年8月第一版日 中岛宏兴，腾并中行 关于CrMo表面硬化钢的连续冷却转变曲线 齿轮热处理1同上2 热处理手册编委会、热处理手册(四)附录6768 机械工业出版社 1978出版4 苏 IOM 拉赫金和A、P拉赫斯塔德特主编 机械制造中的热处理手册P917 上海技术文献出版社 1986年2月第二版5 汽车齿轮用钢技术条件 本新l一8890GB307782 合金结构钢的技术条件6 根据“汽车齿轮钢渗碳性能