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准双曲面齿轮在汽车后桥总成开发中的重要性越来越受到开发者的重视,对齿轮的重量、传动的平稳性、承载能力、及寿命方面的要求也越来越高。
准双曲面齿轮,由于齿面是复杂的曲面,用通常的方法很难得比较精确的几何模型,更难得到比较精确的有限元模型,而要较准确地模拟分析这种复杂的曲面接触过程,对有限元模型的精确性要求是很高的,比较准确的有限元模型有六面体有限元模型。
双曲面齿轮有的也叫准双曲面齿轮或者准双曲线齿轮,是螺旋锥齿轮的一种,一般的锥齿轮是轴线垂直相交,而准双曲面齿轮的轴线垂直不相交,有一定的偏置量。至于双曲面齿轮传动主减速器的特点:1,同样体积能够实现较...
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工程机械驱动桥准双曲面齿轮的优化选型设计
开发了工程机械驱动桥弧齿准双曲面齿轮优化选型设计系统,按多目标问题的最优化设计方法建立了基本参数的优化设计数学模型,编制了相应的设计程序;通过现场实际使用,取得了良好的效果。
作者:张仙平,张楠,张凯,等
单位:第一拖拉机股份有限公司热处理厂
来源:《金属加工(热加工)》杂志
准双曲面齿轮(见图1)用来传递两相交轴或相错轴之间的运动和动力,是实现相交、相错轴运动传递的基础元件。由于其传递具有重合度大、承载能力高、传动效率高、传动平稳、噪声小等优点而被广泛应用于车辆、飞机、机床和各种机械产品中。
作为面啮合齿轮在热处理过程中要严格控制其淬硬层深度、表面和心部的淬火硬度、内外翘曲。我厂该种准双曲面齿轮的生产是在连续渗碳淬火线上进行,零件渗碳完成后,进入恒温室保温,之后按照每批次两件的频率进入压床进行压淬。这种方式生产的零件心部硬度和内外翘曲很难满足图样要求。而且由于出零件时恒温室炉门频繁开启,极易造成零件氧化、脱碳,致使零件的合格率非常低。
针对此种情况,我们将渗碳后的齿轮改用感应加热加压淬的方法进行淬火,但是现有的感应设备在采购调试时所用电源、感应器等皆只考虑了几种尺寸小、重量轻的零件,像本文所述的该准双曲面齿轮尺寸、重量均相对较大,感应加热所需功率已超出该生产线的能力范围,但是为了节约成本,在不更换电源的情况下,需要摸索出一套适合的工艺来满足该种零件在新设备上的生产。
1.该齿轮的技术要求
(1)材料、渗层、组织 零件材料22CrMoH,齿面有效硬化层深:1.4~1.7mm,碳化物、残留奥氏体、马氏体小于等于4级,心部铁素体小于等于5级。
(2)硬度要求 齿面硬度58~64HRC,心部硬度31~44HRC。
(3)变形要求 内孔椭圆度不大于0.12mm,内外翘小于等于0.10mm。
2.工艺难点及方案讨论
新的压淬线主要通过感应加热+压淬的方法完成生产。该感应加热设备采用双电源加热,左电源额定功率150kW,主要加热齿轮外圈。右电源额定功率200kW,主要加热齿轮内圈。经计算本文所调试齿轮想要一次加热完成所需功率为1084kW,远超过设备的额定功率。图3所示是零件加热所用感应器。
因此,在新的压淬线上完成该种零件的生产,除设备料盘、机械臂抓手等尺寸需要调整外,最大的难点在于压淬线的电源功率不足引起的一系列问题,主要有以下两方面:①在现有条件下,功率顶格调试,零件一次性加热到淬火温度约需110s。根据以往的生产经验,零件加热时间超过70s表面易出现氧化脱碳。②零件底部有凹型台阶不易加热,造成零件加热不透,淬火后台阶处心部硬度偏低,如图4红色圆圈所示位置。
针对以上的问题,通过理论计算和不断的调试试验,制定如下调试方案:
(1)在现有的箱式炉里完成零件的渗碳过程,缓冷,之后由压淬线进行感应加热和压淬。
(2)零件采用分段加热法。加热一段时间,停止加热,使热量向零件内部传导,通过观察零件加热过程中颜色的变化,了解加热温度。确保前几段加热温度控制在600℃以内,最终加热到淬火温度的时间不超过70s,以保证零件不会氧化脱碳。如图5所示。
(3)零件感应加热完成后直接放入淬火压床进行压淬。
按照上述方案调试时,为缩短加热时间,设备功率顶格调试,以至于在第二段加热过程中经常出现跳闸的现象。经观察发现设备跳闸主要集中在感应磁场最强的阶段,即加热温度达到零件居里后,零件的相对磁导率急剧下降,电流变大,超过设备的保护电流,造成跳闸。
根据上述情况,降低加热功率、延长加热时间,控制设备电参数在正常范围之内,以确保设备正常加热和安全生产。经过多轮调试后,得出如表1所示试验参数。从表中可以看出,采用此种试验方法后,零件表面的脱碳得到有效控制,且零件齿上的各项指标皆满足技术要求。
表1 分段加热参数及检验结果
功率/kW |
加热时间/s |
切检结果 |
|||||
左 |
右 |
加热 |
停 |
加热 |
停 |
加热 |
|
146.8 |
185.6 |
35 |
25 |
20 |
130 |
70 |
节圆马氏体3级,残留奥氏体1级,齿心部板条M+B,无铁素体,齿心部硬度36.5~37HRC,表面63~63.5HRC |
经过以上的调试,齿面的结果皆满足技术要求,但是齿轮台阶处心部组织中有大量因加热不透造成的块状未溶铁素体。
感应加热过程中,加热的效率主要与磁通密度相关,因此在内环感应器上加装导磁体,从而集中磁通密度和控制磁通方向,使磁感器外侧电流驱向内侧借此提高加热效率。加装导磁体前后的检验结果见表2。
表2 加装导磁体前后的检验结果
切检结果 |
||
台阶心部硬度HRC |
||
加导磁体前 |
30 |
节圆处组织碳化物0级,马氏体1级,残留奥氏体1级,零件表面无脱碳,心部铁素体2级,零件底部由外端到内部铁素体1级、2级、5级 |
加导磁体后 |
42 |
节圆处组织碳化物0级,马氏体2级,残留奥氏体2级,零件表面无脱碳,零件表面无脱碳,心部铁素体1级,零件底部由外端到内部铁素体1级、2级 |
3.零件结果检验
根据以上调试结果,调整参数(见表3),重新调试零件。调试完成后对该零件进淬火组织、有效硬化层深、变形情况进行全面检验。
表3 零件最终调试参数
功率/kW |
加热时间/s |
|||||
左 |
右 |
加热 |
停 |
加热 |
停 |
加热 |
138.8 |
170.6 |
40 |
30 |
20 |
130 |
65 |
(1)淬火组织检验
根据标准切取齿形试样,分别对齿顶、节圆、齿根和齿心部的组织进行评级,评级结果:①齿顶,如图6所示,针状马氏体(针长0.0125mm,四级),少量残留奥氏体(二级)无碳化物。②节圆,如图7所示,针状马氏体(针长0.01mm,三级),少量残留奥氏体(一级),无碳化物。③齿根,如图8所示,针状马氏体(针长0.0125mm,四级),少量残留奥氏体(一级),无碳化物。④心部,如图9所示,板条马氏体+贝氏体,无铁素体。
(2)硬度检测
利用洛氏硬度计对齿心部和表面进行硬度检测,心部硬度39~39.5HRC,表面硬度63~63.5HRC,均满足技术要求。有效硬化层深为1.65mm,满足技术要求,并且与之前的渗碳完直接淬火的层深相比基本一致(见图10)。
(3)变形检测 内孔椭圆度0.10mm,大端面外翘0.07mm,满足技术要求。
4.结语
通过以上检验结果可知,采用该工艺生产的零件均能满足技术条件的要求。目前该工艺已成功应用于准双曲面齿轮零件的批量生产。
6月初
关于我们
合理使用齿轮油泵CB-FE 的七个注意事项
(2)绝不能用普通齿轮油泵CB-FE代替准双曲面齿轮油.为什么这么讲呢?因为准双曲面齿轮泵齿间滑动非常大,普通齿轮油泵CB-FE无法保持足够的润滑油膜,如果在其间使用了普通齿轮油,准双曲面齿轮将很快损坏.在使用中如何区分普通齿轮油和准双曲面齿轮油?答:馏分型准双曲面齿轮油的颜色一般为黄绿色到深绿色及深棕红色等,其他齿轮油的颜色一般为深黑色,使用时注意区别.也不宜滥用准双曲面齿轮油来替代普通齿轮油,否则,会造成变速箱齿轮的腐蚀性磨损和不必要的经济损失.必须根据齿轮传动的特点,选用性能合适的齿轮油.
(3)不要误认高粘度齿轮油的润滑性能好.使用粘度太高标号的齿轮油,将会使燃料消耗显著增加,也不利于齿轮的修复及维修养护,特别是对高速轿车影响更大,应尽可能使用合适的多级齿轮油.
(4不要混淆机油和齿轮油的SAE分类标号.在计算标准中为避免混淆,规定为高的分级标号用在齿轮油上,低的分级标号用于发动机润滑油.但对于旧牌号齿轮油分级号较低.应注意齿轮油泵CB-FE和发动机油粘度级别并无联系,同型号不能互用.切不可将齿轮油当发动机油使用,否则发动机将会发生烧瓦,粘缸和烧结活塞顶等严重事故.
(5)合理使用齿轮油泵CB-FE有利于齿轮维修保养.齿轮油的使用寿命较长,如使用单级油,在换季维护时换用不同的粘度标号.放出的旧油如不到换油期限,可在再次换油时加车使用.旧油应妥善保管,严防水分,机械杂质和废油污染.
(6)加油量应适当.油量应适当,不可过多也不可过少.过多不仅增加搅油阻力和燃料消耗,而且有可能齿轮油经后桥壳混入制动鼓(如果密封不良)造成制动失灵;过少会使润滑不良,温度过高,加速齿轮磨损,会对齿轮维修造成不利影响.齿轮油面一般应加到与齿轮箱加油口下缘平齐,且应经常检查各齿轮油箱是否渗漏,并保持各油封,衬垫完好.
(7)适时换油.应按规定换油指标换用新油,无油质分析手段时,可按规定期限换油.汽车制造厂推荐的换油期为30000-48000km.换油时,应趁热放出旧油,并将齿轮和齿轮箱清洗干净后方可加入新油.加油时,应防止水分和杂质混入.
1、根据齿轮工作条件的苛刻程度选用使用等级。
齿轮工作条件的苛刻程度是由齿轮的类型及其工作时的负荷和表面滑移速度决定的。普通齿轮传动可选用普通车辆齿轮油,准双曲面齿轮传动必须选用准双曲面齿轮油。若汽车在山区或满载拖挂行驶,并经常处于高负荷状态下,工作苛刻、油温较高,也可以选用准双曲面齿轮油。
2、依据季节气温选择粘度等级。
齿轮的低温粘度达150000mPa.s时的最高温度决定其适用的最低气温。因此齿轮油的粘度等级一般是根据不同地区或季节的气温情况来选择的。气温高时,选择粘度高的齿轮油;反之,气温低时,选择粘度低的齿轮油。如长江流域及其他地区冬季气温不低于-10℃的地区,全年可用90号油。长江以北冬季气温不低于-26℃的寒区,全年可用80W/90油。黑龙江、内蒙古、新疆等冬季气温在-26℃以下的严寒区,冬季使用75W号油,春季换用90号油。其他地区全年可用85W/90油。