摘要：湘鋼軋機(jī)減速箱大齒輪，在使用過程中總是出現(xiàn)裂紋。本文對(duì)這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并切合實(shí)際提出了改進(jìn)的方法。

關(guān)鍵詞：裂紋 面接觸疲勞強(qiáng)度 彎曲疲勞強(qiáng)度 偏載

1 緒論

近年來，湘鋼高線粗軋機(jī)組三大減速機(jī)的齒輪經(jīng)常發(fā)生裂齒、斷齒的設(shè)備事故。該公司特委托我們?yōu)樗a(chǎn)同類齒輪，原材料采用40cr鋼，但是在投入使用后還是經(jīng)常發(fā)生斷裂。裂紋從齒面開始，延伸到端面，長度達(dá)5厘米。從理論上講，齒輪的更換周期在5年以上。而我們生產(chǎn)的該齒輪產(chǎn)品二年左右就需更換，甚至更短，為什么呢？

2 對(duì)大齒輪面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核

2.1 粗軋減速機(jī)傳動(dòng)原理圖

2.2 減速機(jī)各輸出軸上工作扭矩的確定

計(jì)算時(shí)可從兩個(gè)方面入手：一是從電機(jī)的額定功率入手，然后再將工作轉(zhuǎn)矩折算到其輸出軸上去；二是可從圖1中5#-7#軸的實(shí)測(cè)軋制力入手推算出工作轉(zhuǎn)矩，然后再折算到輸出軸上。

電機(jī)額定功率折算到接減速機(jī)2的輸出軸的工作轉(zhuǎn)矩：

計(jì)算參數(shù)：電機(jī)功率：2000kw

電機(jī)轉(zhuǎn)速：517轉(zhuǎn)/分

主減速機(jī)輸入軸至輸出軸速比：i12=3.73

總效率：η=0.995×2×0.98=0.97

兩對(duì)滾動(dòng)軸承效率：0.995×2

一對(duì)齒輪嚙合效率：0.98

查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-4：

T=9550（P/N）iη

=9550××3.73×0.97

=136393.9Nm

從上述方法折算主減速機(jī)接減速機(jī)2的分配輸出軸的工作轉(zhuǎn)矩的結(jié)果來看，說明目前粗軋機(jī)組所用的功率還沒有達(dá)到電機(jī)的額定功率，事實(shí)也如此，目前電機(jī)功率大約為1800kW。在校核時(shí)，還是按電機(jī)額定功率折算的結(jié)果來計(jì)算。

2.3 接觸疲勞強(qiáng)度校核

①析圓上的圓周力

Ft=2000·T/d2=173784N（T的結(jié)果見前）。

②工作狀況系數(shù)

KA=1.75（查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-119確定）。

③動(dòng)載系數(shù)KV

按V·Z2/100=8.4，εβ=6.29，7級(jí)精度，查圖8-33得KV=1.38。

④面載荷分配系數(shù)KHα

由εa =1.52查圖8-34得CH=0.83，KHα=CH/zε2=

0.83/zε2。

⑤齒面載荷分布系數(shù)Kβ

由軟面齒（HB<350）齒輪非對(duì)稱兩軸之間，軸的剛度中等及b/d2=0.29查表8-35得Kβ=1.10。

⑥區(qū)域系數(shù)ZH

由α=20，β=31°620”，得表8-36得ZH=2.28。

⑦彈性系數(shù)ZE

材料為鋼，查表8-122，由單位換算為，所以ZE=189.71。

⑧壽命系數(shù)ZN

當(dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne>循環(huán)基數(shù)，取ZN=1。

⑨潤滑劑系數(shù)ZL

由28#軋鋼機(jī)油r50=174-204和σHlim=705.6查表8-40得ZL=1.07。

⑩試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限σHlim

結(jié)論：正常條件下，彎曲疲勞強(qiáng)度可靠。

由以上計(jì)算可知，在正常軋制條件下，大齒輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度是滿足軋制要求的，但安全系數(shù)不是很大。

3 裂紋原因分析

3.1 裂紋特征

裂紋的發(fā)源點(diǎn)和延伸方向大致一樣，其斷裂處都是在西面齒面的西端處，東面齒的西面部分的點(diǎn)蝕情況也比較嚴(yán)重。

3.2 原因分析

結(jié)合湘鋼生產(chǎn)實(shí)際以及我們加工過程可以初步找出齒輪產(chǎn)生裂紋的原因：

①我們生產(chǎn)的該型號(hào)齒輪沒有采用數(shù)控加工機(jī)床，齒面表面粗糙度不是特別好，使齒輪磨合期加長，磨損加劇。

②備件到廠后，沒有經(jīng)過研磨和跑合直接裝配上重載運(yùn)行。

③換大齒輪時(shí)，與之嚙合的齒輪一般沒有調(diào)換，因?yàn)樗怯幸欢p的舊齒輪，勢(shì)必造成安裝誤差。

④我們生產(chǎn)的零件毛坯是外購鑄件，不能排除齒輪某些部位有晶格疏散現(xiàn)象，甚至還有小孔現(xiàn)象。

⑤湘鋼在生產(chǎn)過程中由于加熱爐的煤氣熱值不佳，造成加熱爐的加熱段和均熱段達(dá)不到預(yù)期的溫度，造成軋冷鋼現(xiàn)象，這就增加了軋機(jī)沖擊載荷，使主減速機(jī)內(nèi)齒輪增加負(fù)載，損壞加快。

當(dāng)然原因遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只這幾條，還有待探索。

4 改進(jìn)減速機(jī)大齒輪的方法

①把我們分析的原因通報(bào)湘鋼有關(guān)部門，一起研討，找到關(guān)鍵性的問題，共同解決。決不互相推諉責(zé)任。

②盡量選用鍛件毛坯，以防止因鑄造而造成的齒輪組織疏松或氣孔的缺陷。

③采用專用數(shù)控插齒機(jī)進(jìn)行加工，提高齒面的表面質(zhì)量和尺寸精度，嚴(yán)格控制基節(jié)誤差和齒形誤差以及齒向誤差和螺旋角誤差，使齒輪瞬時(shí)嚙合狀態(tài)最大限度接近理論嚙合狀態(tài)，提高齒輪的接觸精度。

④換齒輪時(shí)，盡量把相嚙合的齒輪同時(shí)更換。

⑤對(duì)于軟齒面齒輪，盡量進(jìn)行跑合來提高其接觸精度。

⑥如果還是達(dá)不到要求，就對(duì)齒面進(jìn)行表面淬火處理。

建議湘鋼在生產(chǎn)的過程中注意：

①正確選擇較好的潤滑劑或者有特殊添加劑的潤滑油，保證齒輪嚙合時(shí)有足夠的油膜厚度，傳動(dòng)時(shí)有良好的潤滑條件。

②應(yīng)有較好的控制溫度的措施，杜絕軋冷鋼的現(xiàn)象。

③在有條件的情況下，可以考慮改變齒形的方法來提高承載能力。

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作者簡(jiǎn)介：羅鵬（1969-），男，湖南益陽人，講師，研究方向：機(jī)械、管理。