重卡主减速器的从动轮轮齿跳超差研究

摘 要：重型卡车后桥的主减速器里的被动轮由于直径大、压淬不均与等原因很容易造成齿跳超差、接触区不良额结果出现。从原材料，热处理工艺过程中分析，发现是在压淬过程中渗碳缩孔的部分影响，导致齿厚尺寸不一致的齿轮用一样的压力（受力面积一样）进行压淬会造成的齿跳超差。

关键词：后桥被动锥齿轮;原因分析;齿跳超差

1.问题的发现

现在齿轮材料用的是22CrMoH，渗碳层为1.7-2.1mm，表面硬度58-63HRC，心部硬度38-45HRC。因为这是引进德国的技术，参数是结合材料的性能进行定制。工艺路线跟原本的产品都是预氧化-加热-渗碳-扩散-降温-均温工艺流程，渗碳处理之后直接出来进行压淬，刚开始阶段各个产品的质量比较稳定，齿跳稳定（以596产品作为实验）。但是这个工艺路线执行阶段后，发现相同直径下齿厚厚的产品（595产品）端面翘曲比较严重，相邻的两个齿的齿跳误差可以在0.08mm以上，相对应的端面也比较超差，都在0.25mm左右，进过理化检验分析等手段找出了齿轮异常翘曲的原因，采取了相应的措施，减少了异常翘曲的发生。

（图1 结构简图以及压淬位置）

2.问题分析：

2.1材料的分析

在齿轮行业中，因为齿轮需要进行热处理，很多齿轮的变形问题都出现在齿轮的淬透性的不均匀。在出现这一批次的产品之后，联系锻造厂家进行新一批毛坯的投送，在进行锻造过程中也是严格的进行质量控制，各个环节进行控制，理化检测报告也都在材料要求的范围内。

2.2热处理之前的产品检验

进行热处理检查，热处理之前的端面齿跳都在0.02mm内，符合技术要求，机床、工装的热性能稳定，不会造成产品的超差。

2.3压淬过程

淬火对变形的影响 淬火冷却行为是影响齿轮变形最重要的因素，热油淬火比冷油淬火变形小，温度一般控制在100℃±120℃.油的冷却能力对变形也是至关重要的。搅拌方式和烈度均影响变形，上淬火压床淬火的盘状齿轮，按各种齿轮的变形情况.调整冲火压床 参数减小变形，调整内、外压模及胀心块的压力及各段喷油量的大小及上作台面来控制变形。

热处理回来之后（595产品）的被动轮变形比较大，未车平面放在齿跳检测仪上测量的平面跳动最大可以达到0.25，一般的达到0.17，车完平面研齿配对之后，共配出19套锥齿轮副，其中的大輪齿跳超差（大于0.087）的有13套，不合格的齿跳Fr如下表：

0.12

0.154

0.167

0.168

0.132

0.166

0.165

0.135

0.139

0.149

0.173

0.141

0.177

针对上述结果我们进行接触区对比发现：跳动大的被动轮相邻的凹面接触区相差比较大，凸面的接触区基本上一致，如下图：

（图2变形大的两个齿，进行齿跳检测，都是0.10，几乎没有变化）

热处理完了之后进行齿轮形貌的检测，测量结果在0.026（图3.1）以螺旋齿槽作为定位基准，夹紧端面，进行端面车削。然后以车削面为基准，在齿轮检测中心P65上面进行齿轮表面形貌的检测，发现齿轮形貌上的变形也不太一致（如图3.2）：

（图3.1）

（图3.2）

而用596产品来做实验，在同样的机加工—热处理处理方法下，596产品的变形量明显比较小，齿跳Fr在0.03-0.08范围内，符合齿轮的产品特性要求。

2.4渗碳过程

针对这个情况对神探情况进行进一步探讨，寻求渗碳深度的变化对被动锥齿轮的变形影响。

渗碳层深从0.63mm减至0.4mm，齿轮大端（A端）缩小量从-0.020～-0.040mm减少到-0.015～-0.032，减少幅度为23%～33%，齿轮小端（B端）从-0.025～-0.050mm，减少到-0.020～-0.035mm，减小幅度与A端大致相同，所以在渗碳层深度对齿轮热变形的影响上，可以进行忽略不计。

齿轮工作部位的有效硬化层深度能满足使用要求的情况下，应该尽量减少渗碳的深度，这样可以节约成本。最佳的硬化深度可以根据表面强化方法、心表强度、载荷形式及零件的形状和尺寸来确定。

Ho=Ro*S

式中，Ho—最佳硬化层深度，Ro—最佳硬化率，S—零件截面厚度。

渗碳和碳氮共渗的齿轮，Ro为0.1～0.15，齿轮在受载荷运行中，齿根部受到的最大交变弯曲应力的作用，对齿轮而言，S是指齿根圆上的厚度。

对热处理过程的进一步研究实验，通过一些热处理的进一步分析，发现在针对相同模数，因为不同齿数导致弦齿厚不同的产品，在压淬过程中，可以调整压催的压力来进行控制齿轮的变形量。

3.小结

齿轮在制造过程中，齿轮的变形是热处理与冷加工的全面综合因素反映，单靠热处理控制的过程是不能达到控制齿轮的变形，还要综合考虑毛坯的制造过程的一些控制因素，进行毛坯的理化试验，在保证原材料的一致性后，在制造过程中严格按照工艺要求控制，收集一些关键工序的数据，用数理统计模式找出影响齿轮变形的主要因素，设法对这些因素进行控制，稳定变形，通过合理的控制冷加工与热处理的公差，达到控制齿轮的变形在合理的范围内。

参考文献：

[1]中国机械工程学会热处理专业学会《热处理手册》编委会编，热处理手册（第二版），第四卷，北京，机械工业出版社，1991.

[2]肖亚航，傅敏士，袁森.45钢内部裂纹愈合的热处理试验研究[J]

[3]陈钰，潘晓松.大直径重载齿轮渗碳淬火变形的有效控制[J]

作者简介：王富筑（1988.11-）男，籍贯：福建南安，2011年毕业于中南林业科技大学，供职单位：中国重汽集团济南桥箱有限公司齿轮加工部，现从事整车技术工艺。