1 概述
　　寶鋼高速線材分廠粗、中軋區(qū)的立式軋機(jī)包括2
　　V、4
　　V、6
　　V、8
　　V、10
　　V、12V 和 14V 共 7 部， 采用的是下方式方法， 即主裝置電機(jī)與減速機(jī)(Retarder)等安裝在軋制水平線之下。高線投產(chǎn)以來， 6
　　V、12V 和14V 主錐齒輪接連發(fā)生斷齒事故， 其中， 6V 軋機(jī)主第一級錐齒輪接連發(fā)生三次斷齒故障。硬齒面齒輪減速機(jī)為達(dá)到特別低的輸出轉(zhuǎn)速，可以通過兩個(gè)齒輪減速機(jī)相聯(lián)的方法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用這種傳動方案時(shí)，可配置電機(jī)的功率必須依賴于減速機(jī)的極限輸出扭矩，而不能通過電機(jī)功率來計(jì)算減速機(jī)的輸出扭矩。從錐齒輪斷裂的斷口及材料的宏觀、微觀和硬度分析看其失效的性質(zhì)如下：
　?。?1） 螺旋錐齒輪的斷裂屬于疲勞斷裂；
　　（ 2） 斷裂齒材料存在明顯的疏松空隙， 齒面滲碳層硬度（Hardness)偏低， 降低（reduce)了材料的疲勞性能， 錐齒輪工作時(shí)齒根部受應(yīng)力最大， 齒根部容易發(fā)生疲勞斷裂， 從磨損的情況看是屬于早期疲勞斷裂。本文從6V螺旋錐齒輪的強(qiáng)陶慧明　高工 1960年生1983 年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院　現(xiàn)從事冶金機(jī)械技術(shù)專業(yè)　電話 26649615度、精度、熱處理、材料等方面對齒輪失效的根本原因進(jìn)行分析研究。
　　2 強(qiáng)度分析(Analyse)與失效原因
　　2. 1 6V 軋機(jī)主錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算
　　6V 錐齒輪主要參數(shù)， 采用 Gleason 工廠推薦方法及數(shù)據(jù)（data)進(jìn)行計(jì)算。
　　輪齒失效概率低于 1/ 100.
　　從計(jì)算結(jié)果看： 在軋機(jī)功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少）400 kW 不變的情況下， 當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速低于 1 200 r/ min 時(shí)， 小輪折疊強(qiáng)度（strength)的失效概率（probability)高于 1/ 3； 轉(zhuǎn)速大于等于1 800 r/ min 小于 2 000 r/min 時(shí)， 小輪的彎曲強(qiáng)度的失效概率低于 1/ 3； 該齒輪只能在轉(zhuǎn)速大于等于2 000 r/ min 時(shí)才能工作。顯然電機(jī)在額定功率下工作， 中的螺旋傘齒輪強(qiáng)度是不夠的。
　　2. 2 螺旋傘齒輪模數(shù)推算
　　根據(jù)我國設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 按！機(jī)械設(shè)計(jì)手冊？第三卷表 
　　2
　　3. 4- 22 錐齒輪設(shè)計(jì)公式， 螺旋傘齒輪模數(shù)推算。根據(jù)以上參數(shù)對錐齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行初步計(jì)算， 得出的結(jié)果是模數(shù)應(yīng)大于 
　　9. 8， 但目前 V6 螺旋錐齒輪的模數(shù)為 
　　8. 11
　　2. 3 軋機(jī)實(shí)際負(fù)荷分析
　　摩根公司(Company)提供的部分軋機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)荷及安全系數(shù)， 如果按照電機(jī)輸出功率 P = 400 k
　　W、轉(zhuǎn)速 n= 1 200 r/ min 計(jì)算， 螺旋錐齒輪的扭矩計(jì)算值為 3 18
　　3. 3 N？m， 顯然超過摩根公司的設(shè)計(jì)最大扭矩。目前高線軋機(jī)實(shí)際負(fù)荷在摩根公司設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。1999 年 10 月 12 日測得負(fù)荷情況， 當(dāng)時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格為 13 mm，鋼號為GK4285（ 82B） ， 軋制速度為設(shè)計(jì)值的 85%.
　　2 4 強(qiáng)度（strength)分析(Analyse)小結(jié)
　　根據(jù)軋機(jī)的實(shí)際負(fù)荷， 我們可以看到， 摩根公司設(shè)計(jì)的中的螺旋傘齒輪的強(qiáng)度是滿足要求的， 而驅(qū)動電機(jī)的功率選得偏大， 形成了 大馬拉小車？的狀況， 如果遇到軋制力意外增大， 就有可能造成齒輪的失效。從計(jì)算結(jié)果看， 這對螺旋傘齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度相對偏低， 如何提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是我們的目標(biāo)。
　　3 齒輪加工工藝與材料熱處理分析(Analyse)
　　3. 1 輪齒加工情況分析
　　根據(jù)摩根公司提供的圖紙， 原設(shè)計(jì)錐齒輪的齒形采用等高齒， 即為克林格貝爾齒形。齒輪減速機(jī)一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動設(shè)備，把電動機(jī)普通的減速機(jī)也會有幾對相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動比。隨著減速機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的企業(yè)運(yùn)用到了減速機(jī)。而我們現(xiàn)用的錐齒輪采用格利森齒形， 這是一種等間隙收縮齒。兩者相比， 等高齒加工容易， 但小端易產(chǎn)生根切并降低（reduce)強(qiáng)度， 格利森齒需專門機(jī)床加工。
　　從強(qiáng)度方面考慮（consider)， 當(dāng)小齒輪（Gear）齒數(shù)少時(shí)， 格利森齒形要優(yōu)于等高齒。從失效錐齒輪的加工情況看， 齒根過渡圓弧較小， 粗糙(cū cāo)度較低， 為了提高齒輪的彎曲強(qiáng)度齒根應(yīng)采用大圓弧過渡， 并對齒輪的齒根進(jìn)行噴丸處理。
　　3. 2 材質(zhì)分析
　　摩根公司設(shè)計(jì)的材質(zhì)是美國的 G43200， 相當(dāng)于我國的 20CrNi2Mo， 但從國內(nèi)目前齒輪材料(Material)研究情況看， 建議采用 17CrNiMo6 或 16NCD13， 它們熱處理的淬透性(hardenability)和H li
　　M、F li
　　M、FE都比較好； 另外齒坯的鍛造比不得小于 3.
　　3. 3 熱處理(chǔ lǐ)分析
　　美國對 G43200 這種材料有四種熱處理(chǔ lǐ)方法：即 B1、B2、B4、C1.
　　B1
　　（（（ 從爐中取出直接在油中淬火， 然后300
　　（ 149 ） ） 回火。
　　B2
　?。ǎǎ?單次淬火并回火， 以得到好的滲碳層和心部性能； 坑冷后再次加熱到 1 500
　?。?816 ） ） ，油淬， 300
　?。?149 ） ） 回火。
　　B4
　?。ǎǎ?兩次淬火并回火， 以期最顯著地細(xì)化滲碳層和心部的晶粒?？永浜蠹訜岬?1 500（816 ） ） ， 油淬； 再加熱到 1 425
　?。?774 ） ） ， 油淬；于 300
　　（ 149 ） ） 回火。
　　C1
　?。ǎǎ?直接從滲碳爐中取出油淬， 450（ 232 ） ） 回火。
　　不同材料、不同熱處理工藝所得到的H li
　　M、F lim和FE均不同。ISO633
　　6. 5： 1996 規(guī)定： 各種材料熱處理的質(zhì)量等級有 4 種， 它們定義為：ML 表示對齒輪加工過程中材料質(zhì)量及熱處理工藝的一般要求；MQ 表示對有經(jīng)驗(yàn)的制造者在一般成本下可以達(dá)到要求的等級；ME 表示必須具有高可靠度制造過程控制才能達(dá)到的等級；MX 表示對淬透性及金相組織有特殊考慮（consider)的調(diào)質(zhì)合金鋼的質(zhì)量要求。
　　對滲碳淬火(quenching)鋼的H lim， 不同工藝要求達(dá)到的數(shù)值相差很大，ML 的H lim = 1 300 N/ mm 2，MQ 的H lim = 1 500 N/ mm 2， 而 ME 的H lim = 1 650 N/ mm 2。寶鋼高線采用的熱處理工藝是 C1 方法， 直接從滲碳爐取出油淬， 450
　　（ 232 ） ） 回火。齒輪減速電機(jī)1、R系列同軸式斜齒輪減速機(jī)結(jié)合國際技術(shù)要求制造，具有很高的科技含量2、節(jié)省空間，可靠耐用，承受過載能力高，功率可達(dá)132KW; 3、能耗低，性能優(yōu)越，減速機(jī)效率高達(dá)95%以上；4、振動小，噪音低，節(jié)能高；5、選用優(yōu)質(zhì)鍛鋼材料，鋼性鑄鐵箱體，齒輪表面經(jīng)過高頻熱處理；6、經(jīng)過精密加工，確保軸平行度和定位軸承要求，形成斜齒輪傳動總成的減速機(jī)配置了各種類電機(jī)，組合成機(jī)電一體化，完全保證了產(chǎn)品使用質(zhì)量特性。這種熱處理方法可得到高的表面硬度， 但心部韌性不太好。只能達(dá)到ML 工藝標(biāo)準(zhǔn)。如果采用 B4 方法，兩次淬火并回火， 可以最顯著地細(xì)化滲碳層和心部性能， 達(dá)到MQ 工藝標(biāo)準(zhǔn)， 大大提高齒輪的承載能力。
　　4 改進(jìn)措施
　　根據(jù)研究結(jié)果， 針對寶鋼高線粗中軋機(jī)主錐齒輪（Gear）彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)偏低的問題(Emerson)， 我們對以后的備件制造和運(yùn)行提出如下改善措施（指針對問題的解決辦法)：
　?。?1 ）齒輪材料可以采用 17CrNiMo6 或16NCD13， 熱處理工藝質(zhì)量按 MQ 控制。
　?。?2） 齒輪加工
　　為了提高小齒輪的承載能力， 小齒輪可以采用正變位， 齒形可采用格利森齒形或格林貝爾齒形， 齒輪精度 6 級以上。
　?。?3） 建議改善軋制工藝， 降低減速機(jī)負(fù)荷， 將設(shè)備故障報(bào)警參數(shù)(parameter)設(shè)置為摩根提供的軋制力矩值。
　　根據(jù)上述改進(jìn)措施， 和南京高速齒輪箱廠簽定技術(shù)協(xié)議(protocol)， 研制了一對圓錐齒輪， 采用格林貝爾齒形， 材料為17CrNiMo6， 2000年年修被安裝在6V軋機(jī)的上， 至今已經(jīng)運(yùn)行一年多了， 效果良好， 達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。