新型式组配器弧化齿轮品质简析方略和应对

　　轮齿的失效装载机作业中，进、退频繁或用户往往也把装载机当作推土机作用，常会使装载机受到阻挡而产生瞬间冲击，锥齿轮多因动力因素而断齿失效。齿轮在传递转矩时，除了承受很大的接触应力外，齿根还承受不对称弯曲交变应力，其抗弯应力的能力主要取决于齿轮的强度。大危险应力产生在齿根附近，齿根尖角处容易产生应力集中，易于产生微裂纹。齿轮的工作条件变化对材料的疲劳强度影响很大，首先表现在装载机运行状态是否良好。一般说，在设计给定的条件下，零件具有足够的安全系数，但是在实际工作中由于装载机的超载或是变速运行的偶尔出现，瞬时超载大大增加弯曲应力。超载时，弯曲应力往往会超过许用弯曲应力2～3倍，通常根据功率和转速确定的齿轮的作用力仅是理论值，其实际值可能大大超过这一数值。这就有可能使零件受力大或者在薄弱部位产生显微裂纹，以致折断。

　　锥齿轮的失效为过早的疲劳断裂，说明齿轮在运行中就发生超载运行。进一步对断口作综合分析可以看出，和正常断口相比，瞬时静破断口面积较大，疲劳弧线比较稀疏、清晰，弧线带间距离大，分布不均匀，这些特征说明锥齿轮副是由于超载荷运行而造成的早期疲劳断裂。

　　此外，大锥齿轮的主齿面挤伤严重，副齿面受到较大的冲击载荷，导致副齿面裂纹，也说明了齿轮副曾受到很大的超载作用，齿形发生了很大的变形，导致齿轮副正常啮合条件破坏，故大大增加了弯曲应力，也是齿轮过早断裂因素之一，往往也是大锥齿轮失效及受多破坏的原因。

　　齿轮的过载能力分析目前，我国工程机械行业在进行锥齿轮传动设计时，大多还采用汽车标准，对表征锥齿轮的几个主要参数不能很好地体现非公路用途有别于公路用途的特点。譬如，公路车辆对平稳性、噪音有一定要求，而非公路用途，如装载机、铲运机、推土机等速度很低，较少考虑噪音，事实上，主传动产生的噪音与发动机等及工作场所的相比甚微。同时，在强度设计方面则主要参考有限的图表，对刀尖圆角半径、齿厚比例等强度的重要影响因素没有精确地考虑。有时制造部门限于已有的加工条件而不能保证设计要求，这些都将影响齿轮的工作性能。

　　常规设计(原设计)结果如下：取压力角为20°，螺旋角为35°，其它系数为：工作齿高：1.560全齿高：1.733大轮齿顶高：0.270高度修正系数：0.510径向间隙系数：0.173切向修正系数：25计算得齿坯几何参数。

　　从设计角度来看，齿轮副的强度是较低的，原设计说明书中20CrMnTi材料的许用接触应力为3430，许用弯曲应力为808，单位均为MPa.齿轮的设计静应力的安全系数已近于1，如按照卡特966E的资料，相应材料的许用接触应力为2800MPa，许用弯曲应力为700MPa，按照疲劳强度理论取静强度的35的准则，则是不足够的。加工采用的刀号应当大些，为15.5号，这样可以使齿轮凹凸面的压力角与设计的要求一致。工作齿面压力角大，提高作业时齿轮的抗弯强度。

　　结论由上述数据和分析可知，齿轮副的过载能力是较低的，由于加工或安装时接触区位置的影响，原用的外购产品材料及热处理质量的缺陷，极容易造成上述四种形式的齿轮失效。