牵引齿轮的材料及与铁路机车的关系

　　牵引齿轮的材料,材料铁路机车牵引齿轮的材料大多选用表面硬化钢根据硬化方法不同又可分为渗碳淬火钢和感应加热表面淬火钢。前者选用低碳合金钢，后者选用中碳合金钢。对于主动齿轮的材料，由于齿数较少，轮齿相对磨损较大，国内外大都选用低碳合金钢。材料的冶炼我国的钢材冶炼水平尽管这些年来有些提高，但总的来说和国外发达国家有一定差距。戚墅堰机车车辆工艺研究所曾对美国ND5内燃机车的原装牵引从动齿轮进行了剖析，发现所用材料相当于我国45钢1，而我们在国产的过程中要开发并使用新的合金钢钢种50CrMo(A)，材料的性能和齿轮的使用性能才能满足其机车使用要求。究其原因很多，但一个重要原因是其材质的纯净度高，硫化物夹杂甚微，氧化物夹杂也很少且呈细小点状分布，齿坯锻造合理，在材料中无带状偏析。钢材的冶金质量对齿轮材料的接触疲劳和弯曲疲劳强度有很大影响。我国目前齿轮用钢几乎都是采用普通电炉或平炉在大气中冶炼和浇注的。钢中氧含量一般在25～40ppm范围内，有的钢种如20CrMnMo的氧含量甚至高达30～130ppm，非金属夹杂物的含量较高，带状组织也较严重，从而使齿轮的疲劳强度降低。

　　国外对齿轮用钢的冶金质量较为重视。美国、日本、德国等一般都采用钢包脱气、真空冶炼、电渣重熔的精炼钢，并进行细化晶粒处理。我们在使用17CrNiMo6材料为一家国外知名大公司制造机车牵引齿轮时，发现要达到其要求，要花很大的人力、财力，在我们国内特种钢厂特别冶炼，才能满足要求。近年来我国的机车牵引齿轮设计、制造水平一步步地与国际接轨，但齿轮的材料一直是头疼的问题，有时我们不得不从国外进口材料。所以，我国的材料冶炼方面还有很多工作要做。这对从动齿轮外径受到铁路线路路界严格限制的铁路机车牵引齿轮来说是一个好的兆头，因为从动齿轮的齿数选择范围随着齿轮模数的减小而变大，可以进一步加大传动比，从而使进一步使用交流电动机的优越特性从技术上开拓了空间。齿轮的模数具体取值大小有标准要求，但在具体设计时，由于诸多因素的限制，也可采用非标准的模数数值，这样取值的后果是齿轮的金属切削刀具的订货和生产带来一定的困难。

　　牵引齿轮的压力角铁路机车牵引齿轮的压力角常规的一般为20°，早期的国产机车东风系列、韶山1机车牵引齿轮的压力角为20°，国外机车牵引齿轮的压力角为20°的也不少见，也有其他选择，如ND2、ND3机车的牵引齿轮就选择15°。随着铁路运输向高速、重载方向发展，为保证轮齿轮的抗弯强度，有向采用大压力角方向发展的趋势，如东风11机车、东风4D机车、东风11G机车，牵引齿轮的压力角向22.5°或25°发展。国外也有这种情况，如DN5机车，而日本机车牵引齿轮的设计者，齿轮的压力角选用26°的情况也有。增大齿轮的压力角可以增加齿轮的弯曲强度，增加牵引齿轮的承载能力。但只要粗略地算一算齿轮的接触强度，就会发现增大齿轮的压力角将牺牲部分齿轮的接触强度。所以应根据机车使用的不同情况，综合考虑、合理选择牵引齿轮压力角。牵引齿轮的齿数在牵引齿轮的设计时，首先注意结构、强度、刚度和润滑等问题，再计算和校核齿根强度、接触应力、齿面滑动、磨损和胶合等参数或特征值，其次在加工工艺和热处理方面加以重视。而对齿轮的齿数选择似乎不是太重视。一般说来，牵引电动机大转速nmax是由总体设计给定的;牵引齿轮传动比i也是机车总体设计确定的;牵引主、从动齿轮齿数z1和z2是由对传动比i逐步逼近的方法，并考虑到设计、结构及加工的可能性试凑得出的。牵引齿轮的修形对机车牵引齿轮进行适当的修形是提高其承载能力及可靠性的一项有力措施。在铁路机车牵引齿轮中，主动齿轮绝大部分和电轴通过锥度直接联接，采用单侧齿轮传动，其支承均为悬臂式形式，齿轮在两点支承点的外侧。由于牵引齿轮的载荷及啮合歪斜度比双侧齿轮传动大，齿向不作修形已不能满足运用要求，有必要采用螺旋形鼓形修正。在早期的机车牵引齿轮的设计中由于负荷不大，运行速度不高，齿向修形还没引起重视。