张二虎

（金鹰重型工程机械有限公司）

　　摘　要：对造成大型养路机械牵引齿轮承载能力失效的几种形式进行分析，从齿轮设计、加工工艺、产品制造、产品试验及应用等几个方面提出提高牵引齿轮承载能力可靠性的办法。

　　关键词：大型养路机械；牵引齿轮；承载能力；可靠性

　　1　前言
　　大型养路机械车轴齿轮箱牵引齿轮（圆柱齿轮、圆锥齿轮）位于动力传动系统的Z后一个环节，牵引齿轮将从变速箱（变扭器）或其他动力装置输入到齿轮负的动力传递给车轮，其作用是使驱动系统获得合适的减速、增大扭矩，并改变传动方向（对圆锥齿轮），以使大型养路机械具有良好的动力性能。牵引齿轮工作时通过齿面的接触传递动力，齿部承受较大的交变应力和摩擦力，啮合不均匀时还会产生较大的冲击力，而大型养路机械作业时，工况往往比较复杂且恶劣。牵引齿轮的损坏，特别是轮齿折断往往导致作业中断、整机不能运行，是萌生行车事故的一大因素。因此，牵引齿轮的可靠性是考核大型养路机械质量的主要指标之一。
　　牵引齿轮的承载能力是指齿轮失效前所能传递的Z大允许载荷，一般以齿面不发生破坏性点蚀和齿根不发生断裂为判据。齿轮的失效主要出现在轮齿上，齿轮的其他部分（如齿圈、轮辐、轮毂等），通常按经验设计，所定的尺寸强度及刚度安全系数较大，实践中极少失效。
　　齿轮失效形式一般为表面失效与整体失效，表面失效有点蚀、磨损、胶合和齿面塑性变形，整体失效有折断、轮齿塑性变形。齿轮每一种失效形式的出现并不是孤立的，齿面一旦出现点蚀或胶合，就会加剧齿面的磨损，齿面的严重磨损又将导致轮齿的折断等。

　　2　失效形式
　　2.1点蚀
　　轮齿面在变化的接触应力条件下，会产生点状剥蚀破坏现象。齿轮传动过程中，接触面上各点的接触应力呈脉动循环变化，经过一段时间后，会由于接触面上金属的疲劳而形成细小的疲劳裂纹，裂纹的扩展造成金属剥落，形成点蚀。当点蚀严重即产生破坏性点蚀时，传动能力受到破坏，Z大的表现为机器产生很大的噪声，齿轮报废。
　　2.2齿面磨损
　　齿轮传动过程中，齿面上的相对滑动会引起磨损，磨损会引起牵引齿轮的寿命缩短。
　　2.3轮齿折断
　　轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力Z大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳折断。此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断、剪断，或在轮齿受到严重磨损后齿厚过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。
　　2.4胶合
　　当齿轮在高速、大载荷或润滑失效的情况下，两齿面直接接触形成局部高温，接触区出现较大面积黏连现象。
　　2.5塑性变形
　　在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。

　　3　提高齿轮承载力的措施
　　3.1选取合适的齿轮参数
　　根据车辆总体设计情况，传动的要求，确定合适的齿轮大小、齿数、模数等参数。其中可以用增加齿根过渡圆角半径，增大光洁度等细节设计来减小齿根应力集中。还可以增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀。根据齿轮的加工方法，选择合适的轮齿精度和齿面光洁度等。
　　3.2选取合适的材料
　　材料的选择首先要满足齿轮的强度需求。材料种类不同，化学成分、金相组织、机械性质不同，其接触疲劳强度也不同。同时还必须考虑到耐磨性、可热处理性、可加工性、供应情况和价格等。
　　3.3承载能力校核
　　设计时相关标准对牵引齿轮承载能力进行校核，同时还可利用有限元分析软件进行分析，提高准确度。对于系列车型和相似工况的车型还可同成熟设计的牵引齿轮进行类比设计，提高可靠性。
　　3.4选取合适的工艺方法
　　齿轮一般都需经过适当的热处理，以提高承载能力和延长使用寿命，齿轮在热处理后应满足以下性能要求：①较高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度（抗疲劳点蚀）；②齿面具有较高的硬度和耐磨性；③齿轮心部具有足够的强度和韧性。
　　热处理方法除了取决于轮齿强度的要求以外，还要考虑到齿轮的结构和尺寸、材料的淬透性、热处理后的变形程度及齿的精加工方法等。
　　为了使齿根产生有利的残余压应力，还可以采用喷丸和辊压，通过齿面冷加工消除齿面的缺陷，辊压还可以提高齿根圆角处的表面光洁度。
　　3.5提高装配精度
　　提高齿轮箱的加工精度，减少齿轮的装配误差，提高齿轮的啮合精度，可以改善轮齿的受力情况，提高牵引齿轮的承载能力，延长使用寿命。
　　3.6选取合适的润滑方式及润滑油
　　良好的润滑可以充分发挥齿轮的承载能力﹑减少失效﹑延长寿命、提高传动效率。选择的润滑方式要保证齿轮的润滑，否则容易出现胶合等损伤。根据环境和工作条件，选取的润滑油要具有合适的极压性、黏度、黏温性能等。
　　3.7实验验证
　　对车轴齿轮箱进行台架拖磨试验，车辆完成后进行运行试验和作业试验，可以检验牵引齿轮的承载能力是否满足驱动要求，尽早暴露可能的质量隐患。
　　3.8定期检查及记录
　　在车辆运用过程中应根据操作手册进行正确的操作，并按车轴齿轮箱保养手册对齿轮箱定期检查保养，发现问题及时处理，保证牵引齿轮的可靠性。还可按大型养路机械的应用情况，建立牵引齿轮的使用档案，为同类产品的开发提供实验依据，缩短开发周期并提供质量保障。

　　4　结束语
　　由于大型养路机械运行、作业可靠性的特殊要求，其牵引齿轮应得到可靠的保证。不仅可以通过设计、计算验证、工艺、制造等方面来保证牵引齿轮的承载能力。还可以通过实验验证及后续运用中的检查保养来确保牵引齿轮的可靠，同时还可建立大型养路机械牵引齿轮的使用档案，为同类产品的开发提供实验依据，缩短开发周期并提供质量保障。

（来源：大型养路机械）