齒輪傳動用軸承分析.doc

齒輪傳動設備軸承應用分析探討陸建國(鐵姆肯公司高級應用工程師)齒輪傳動設備廣泛應用于各行各業(yè)，其類型和尺寸多種多樣，需要滿足的應用要求也各不相同。而軸承作為各種齒輪傳動設備的關鍵零部件之一，它的性能好壞一定程度上直接決定了整個設備的使用壽命。因此，對齒輪傳動設備中所選擇的軸承進行必要的分析和計算是至關重要的。同時也要避免把計算軸承L10理論壽命等同于軸承應用分析的全部內(nèi)容，尤其是對于齒輪傳動設備而言，各行各業(yè)的應用環(huán)境差別很大，甚至在同一個傳動設備不同位置的軸承分析所要關注的重點也應該是不同的。低速運轉(zhuǎn)條件下的軸承應用分析大部分的齒輪傳動設備都是減速應用，因此往往輸出軸是轉(zhuǎn)速最低的。不同行業(yè)輸出軸的轉(zhuǎn)速都不同，一般為二十幾轉(zhuǎn)每分鐘，有些甚至只有十幾轉(zhuǎn)每分鐘。如果忽略損耗，那么功率在傳動中基本保持不變，因此輸出軸的扭矩一般都很大，低速高扭矩的應用中最需要關注的是軸承的潤滑情況，也就是油膜的形成問題。油膜的作用是在軸承運轉(zhuǎn)時分開兩個金屬接觸面，避免金屬和金屬之間直接發(fā)生接觸。我們一般采用參數(shù)來表征潤滑的效果（定義為油膜厚度與兩接觸表面粗糙度之和的比值）。如果大于1，說明油膜的厚度足夠分開兩個金屬表面，潤滑效果好，而如果小于1，則說明油膜的厚度不足以分開兩個金屬表面，潤滑效果不理想。軸承在運轉(zhuǎn)的過程中如果值小于1，則可能會出現(xiàn)如圖1所示的損傷。圖1在潤滑不良的情況下運轉(zhuǎn)，軸承可能會發(fā)生的損傷如果通過分析得到值小于1，那么為了避免發(fā)生如圖1所示的損傷，一般要根據(jù)實際情況對軸承的粗糙度提出更高的要求。應用了加強的粗糙度后，很多情況下就可以有效避免軸承滾道和滾子之間的金屬直接接觸，如圖2所示。圖2使用不同粗糙度時滾道和滾子之間的直接接觸高速運轉(zhuǎn)條件下的軸承應用分析不同行業(yè)齒輪傳動設備的高速軸轉(zhuǎn)速都不同，但大部分的行業(yè)高速軸轉(zhuǎn)速都比較高，比如，很多水泥輥壓機齒輪箱輸入軸轉(zhuǎn)速為900多轉(zhuǎn)每分鐘。在對高速軸軸承進行分析時需要考慮的重點和之前提到的低速軸軸承是截然不同的。由于轉(zhuǎn)速較高，軸承滾道及滾子間的油膜比較好，因此此種條件下，一般磨加工后的軸承粗糙度就可以滿足應用要求。但由于轉(zhuǎn)速高軸承的發(fā)熱量較大，所以在選擇游隙時一般都相對于其他應用要大一些。雖然運轉(zhuǎn)后由于內(nèi)外圈溫差的存在會導致游隙有一定程度的減小，但絕大部分情況下高速軸的運行游隙還是比較大的，否則會有溫度上升甚至燒壞軸承的風險。然而，軸承在高速、低載荷并且大游隙的情況下容易發(fā)生打滑擦傷的風險，如圖3所示。圖3在高速運轉(zhuǎn)下發(fā)生擦傷的滾子要避免這種情況的發(fā)生，精確的游隙控制在很多時候是一種可行的方法。對于調(diào)心或者圓柱滾子軸承來說，根據(jù)軸承內(nèi)外徑來選配軸以及軸承座進行安裝，而對于雙列圓錐滾子軸承則進行隔圈現(xiàn)場配磨，這些都是不錯的方法。當然在一些特殊的應用中，即使是精確調(diào)節(jié)游隙也無法避免這種現(xiàn)象，那么可以嘗試采用其他方法，比如鐵姆肯公司開發(fā)的表面處理技術(shù)。圖4顯示的是經(jīng)過一種表面處理的軸承。圖4經(jīng)過表面處理的Timken調(diào)心滾子軸承高偏心條件下的軸承應用分析很多的齒輪傳動設備都采用行星輪組件，因為行星輪傳動是動力傳動中最緊湊的解決方案，它的特點是扭矩大，尺寸小，重量輕并且效率高。為了提高重合度，降低噪音，很多的行星輪傳動采用斜齒輪。斜齒行星輪產(chǎn)生的偏心以及變形要比直齒行星輪更加復雜，在這種應用條件下，軸承往往容易偏心形成應力集中。很顯然，這種偏心會對軸承造成不利的影響。針對這種情況，可以設計并采用具有針對性的軸承接觸型面，以有效避免應力集中，如圖5所示。圖5針對性修型對應力分布的影響避免了這種應力集中就有效提高了軸承的壽命。應用中偏心程度越厲害，這種針對性的接觸型面提高軸承壽命的效果通常也越明顯。如圖6所示。圖6不同偏心量下針對性修型對壽命的影響（數(shù)據(jù)來源：鐵姆肯公司美國坎頓技術(shù)與工程中心實驗數(shù)據(jù)）輕載條件下的軸承應用分析很多齒輪傳動設備都采用行星輪傳動機構(gòu)，一般情況下都會采用兩個軸承來支撐整個行星架。在絕大部分的情況下，這兩個行星架支撐軸承所承受的載荷一般都比較有限，尤其是對于低速級的行星架支撐軸承，軸承的尺寸一般相對較大，但所承受的載荷卻往往只是行星輪組件的重量而已。從一般軸承L10樣本壽命計算公式看，軸承的壽命值是非常高的，所以對于這個位置的應用來說，疲勞壽命顯然不是關注的重點。相反，由于載荷較小，我們更應該關注軸承運行時的承載區(qū)。一般情況下運轉(zhuǎn)的軸承在瞬間只有一部分滾子承受載荷，這些滾子所構(gòu)成的區(qū)域稱為軸承的承載區(qū)。對承載區(qū)的分析在輕載應用條件下顯得極為重要。在正常的運轉(zhuǎn)情況下，承載區(qū)內(nèi)滾子驅(qū)動保持架轉(zhuǎn)動，而在非承載區(qū)則是保持架驅(qū)動滾子。所以承載區(qū)的大小一方面影響著滾子附著力的大小，從而進一步?jīng)Q定著非承載區(qū)滾子的運動方式是滾動還是滑動，另一方面更是影響著保持架被滾子沖擊的程度（滾子進出承載區(qū)時會對保持架造成一定的沖擊）。因此必須對輕載應用條件下的軸承進行承載區(qū)分析，如果發(fā)現(xiàn)承載區(qū)偏小，比如只有30度，則需要擴大承載區(qū)。影響承載區(qū)的因素有軸承游隙，載荷大小，溫升等因素。對于設計者來說比較容易控制的是軸承游隙，軸承游隙越小則承載區(qū)越大。因此一旦發(fā)現(xiàn)軸承承載區(qū)過小，則可以優(yōu)先考慮采用減小游隙的方法，如圖7所示。圖7游隙減小前后承載區(qū)的比較總之，齒輪傳動設備所涉及的行業(yè)多種多樣，應用環(huán)境也是各有不同，有的是高速運載條件，有的是輕載條件。實際應用中，真正因為達到疲勞壽命而損壞的軸承比例非常小，絕大多數(shù)情況下軸承是由于潤滑不良、應力集中或滾子打滑磨損等原因而失效。因此，除了對所選擇的軸承進行L10理論壽命的計算之外，還必須要根據(jù)不同的應用環(huán)境進行針對性的分析，比如本文中提到的潤滑分析、偏心情況分析和承載區(qū)分析等等。只有這樣，才可以在設計階段就避免軸承在日后的運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)損傷，從而減少停機時間，提高齒輪傳動設備的工作效率。二現(xiàn)階段精密傳動小模數(shù)齒輪、蝸輪、蝸桿、錐齒輪設計與工藝技術(shù)及質(zhì)量控制方法介紹李煒斌（中船重工重慶清平機械廠）摘要：介紹了現(xiàn)階段精密傳動小模數(shù)齒輪設計工藝技術(shù)和質(zhì)量控制的重要性，結(jié)合本企業(yè)實際情況對小模數(shù)齒輪最新設計制造技術(shù)基本情況和實際應用效果進行介紹，論述了小模數(shù)齒輪在齒輪行業(yè)中的重要意義。關鍵詞：小模數(shù)齒輪；小模數(shù)齒輪標準；設計；工藝流程；特種工藝；標準化；工藝創(chuàng)新Introductionofdesignorprocesstechnologyandqualitycontrolabouttheprecisiontransmissionsmallmodulegear、wormgear、worm、bevelgearatthepresentstageLiWeiBin（ChinaShipbuildingChongqingQingpingmachineryfactory）Abstract：introductionoftheimportanceaboutprecisiontransmissionsmallmodulegeardesignorprocesstechnologyandthequalitycontrolatthepresentstage，combinedwiththeactualsituationofthefactory，introducedtosmallmodulegearlatestdesignandmanufacturingtechnologybasicsituationandtheapplicationeffects,discussestheimportantsignificanceaboutthesmallmodulegearingearindustry.Keywords：smallmodulegear；standardofsmallmodulegear；methodofdesign；manufacturingprocess；specialprocess；standardization；technologyinnovation近三年來隨著國內(nèi)裝備制造業(yè)水平的快速發(fā)展和提高，各行業(yè)尤其是國防科研及裝備制造行業(yè)對小型精密傳動裝置產(chǎn)品有了很大程度需求，特別是精密傳動技術(shù)中小模數(shù)齒輪這一傳統(tǒng)領域產(chǎn)品的運用仍舊保持了較大比例增長幅度。2008年后針對國外制造水平而言，國內(nèi)業(yè)界同行不論是產(chǎn)品設計理念、機床設備保障能力、制造工藝先進性方面、質(zhì)量控制水平都在趕超和縮短與國外的差距，特別是通過傳統(tǒng)技術(shù)或者特殊工藝技術(shù)制造的小模數(shù)齒輪產(chǎn)品已經(jīng)在技術(shù)難度上有所突破和提高，個別高端小模數(shù)齒輪精度指標也達到了國際標準同等要求。2008年前齒輪行業(yè)內(nèi)小模數(shù)齒輪制造方法和保障措施在現(xiàn)階段也有了一定程度的變化、改進和提高，尤其是本企業(yè)在2008年后針對各種小模數(shù)齒輪產(chǎn)品設計和工藝技術(shù)的探索和研究工作有了一定程度的收獲，根據(jù)小模數(shù)齒輪產(chǎn)品設計和使用特點，結(jié)合本企業(yè)現(xiàn)階段實際應用技術(shù)和工藝保障手段下，針對小模數(shù)齒輪材料、小模數(shù)齒輪計量檢測、小模數(shù)齒輪設計工藝特點、熱處理控制技術(shù)的發(fā)展，在此進行簡要描述和介紹。1、現(xiàn)有小模數(shù)齒輪標準介紹小模數(shù)齒輪是齒輪分類中的一個定向性專業(yè)化的分支學科，到2011年為止是否對該專業(yè)分支作為一個特殊而單獨存在的齒輪專業(yè)類別進行設定區(qū)分，在我國齒輪工業(yè)標準化領域內(nèi)目前還沒有明確界定和定論。小模數(shù)齒輪通常意義下是指法向模數(shù)m小于1以內(nèi)的漸開線齒輪，目前現(xiàn)行國家標準小模數(shù)漸開線圓柱齒輪基本齒廓和精度GB/T2362/63-1990、小模數(shù)錐齒輪、圓柱蝸桿蝸輪GB/T10224-10227-1988等幾個專業(yè)性標準都對小模數(shù)漸開線圓柱齒輪、錐齒輪、蝸桿、蝸輪結(jié)構(gòu)形式和精度都進行了詳細定義，截止2011年尚未有發(fā)布更新和作廢標準要求。最新齒輪標準漸開線圓柱齒輪精度GB/T10095-2008也針對性介紹了模數(shù)m0.5齒輪范圍的定義，但是沒有描述m0.5齒輪范圍，這就造成了兩種標準的并行和交叉使用，針對這種情況結(jié)合本企業(yè)多年對齒輪標準的理解和應用效果，參考相關國外DIN和JIS齒輪標準，采用GB/T2362/63-1990標準為現(xiàn)階段可行和有效的方法。目前該類標準涵蓋了各行業(yè)精密傳動領域所需求的小模數(shù)齒輪：如直齒、斜齒、等高齒、端面齒、齒環(huán)、錐齒輪、蝸輪、蝸桿、齒條、齒弧、凸輪齒、異型結(jié)構(gòu)齒輪等，該標準具體應用中也體現(xiàn)了小模數(shù)齒輪專業(yè)化的特點。2、小模數(shù)齒輪設計指標小模數(shù)齒輪設計要求中，齒輪精度為首要條件，以往對小模數(shù)齒輪產(chǎn)品認為只滿足齒部尺寸，強度和剛度可以不作為重要設計指標考慮，而目前產(chǎn)品在使用要求中對齒輪的扭轉(zhuǎn)剛度和材料熱處理指標都比以往有了很大程度的變化，不單純只看齒輪設計尺寸也要考慮齒輪裝配工藝性、使用強度、可靠性、維修性、安全性、環(huán)境適應性、噪音、溫升、壽命、傳動精度、回差精度等綜合要求，這些綜合指標就體現(xiàn)在零件材料設計選擇、結(jié)構(gòu)的考慮、熱處理穩(wěn)定性、設計工藝成本、制造合理性等多方面措施上。例如本企業(yè)制造的某微型小模數(shù)行星齒輪、平行軸齒輪和諧波柔輪剛輪產(chǎn)品在設計時對回差就提出了高標準要求，通過設計參數(shù)選擇、工藝保障和裝配保障條件下，柔輪（m0.25、Z200）設計回差要求4弧分，最好狀態(tài)達到了1弧分，滿足了該產(chǎn)品高精度使用要求。3、小模數(shù)齒輪工藝流程設定在小模數(shù)傳動齒輪常規(guī)工藝技術(shù)中，小模數(shù)齒輪由于其結(jié)構(gòu)微小、設計參數(shù)精細、材料選用復雜、質(zhì)量控制指標精密，設備制造難度大使許多中模數(shù)齒輪工藝不適應此種零件的制造技術(shù)。制造方法通常分為切削（干切、濕切）、少切削和無切削加工，結(jié)合企業(yè)多年的制造經(jīng)驗，按照小模數(shù)產(chǎn)品制造特點，目前通用的切削制造技術(shù)有小模數(shù)滾齒、插齒、剃齒、磨齒、刨齒、研齒等保障手段?？偨Y(jié)出通用的適合的工藝性流程為：材料準備坯件工序（有色金屬需要多次成形）預熱處理（根據(jù)材料及金屬切削特點進行）精密坯制造工序內(nèi)外圓磨成形磨削工序（針對軸齒輪）小模數(shù)滾齒加工/小模數(shù)插齒加工除齒部毛刺（采取專用方法）鉗銑工序鉆微形銷孔或M2-M5小螺紋孔攻絲后熱處理氣體滲碳或氮化表面處理（氧化、鍍鋅、銅、鉻等）精密外圓磨削（針對軸齒輪）質(zhì)量控制檢測程序交付。每個工序所需要的設備保障、材料選擇、前后熱處理方式、切削刀具夾具和質(zhì)量檢測的控制方法應滿足零件的設計性要求。4、小模數(shù)齒輪設備保障小模數(shù)齒輪制造設備體現(xiàn)了精密微小型零件基本參數(shù)的設備保障能力要求,本企業(yè)制作m0.15-m0.8規(guī)格齒輪在小模數(shù)齒輪生產(chǎn)線上進行，體現(xiàn)了由于該類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)微小和制造精密產(chǎn)生的高質(zhì)量要求，齒坯加工選用數(shù)控儀表車床或德國DMG或美國哈挺數(shù)控儀表車床，選用標準的切削參數(shù)，用專用機夾車削刀具加工精密坯件成型，保證齒坯外圓和端面基準精度，內(nèi)孔按照工藝精度要求加工工藝基準孔成型，由于內(nèi)孔大多在1.5-6mm左右，屬于微小型孔制造技術(shù)采用專用刀具加工。外圓磨床選用精度較高的高精度外圓磨床保證齒坯（特別是軸齒輪）外圓同軸度0.005和徑向跳動誤差0.005以內(nèi)，有利于齒部加工的精度基準值保證。滾齒和插齒采用本企業(yè)高精度瑞士MICRON小模數(shù)滾齒、插齒機床生產(chǎn)線加工，保證滾齒和插齒后齒部精度。熱處理設備目前采用多用滲碳淬火爐、真空淬火爐、井式氮化爐等熱處理加工設備，可以進行調(diào)質(zhì)、回火、時效、滲碳淬火、碳氮共滲、真空淬火、高中頻淬火、表面氣體氮化處理等多種工序，可以滿足小模數(shù)齒輪的熱處理品質(zhì)要求。5、小模數(shù)齒輪刀具設計和選用鑒于小模數(shù)齒輪刀具在齒輪刀具制造行業(yè)中屬特種技術(shù)，“工欲善其事、必先利其器”，小模數(shù)齒輪刀具制造難度高的現(xiàn)狀也需要進一步研究和技術(shù)設備保障，目前小模數(shù)齒輪刀具進口依賴比重較大，國產(chǎn)品牌在刀具材料、熱處理技術(shù)、制造精度、耐用度上還有一定的差距，特別是刀具材料、熱處理、涂層技術(shù)需要根據(jù)近年來小模數(shù)零件設計材料和精度要求相匹配。目前本企業(yè)小模數(shù)零件從m0.2至m1均有定型的滾齒、插齒刀具，m0.2-m1加工精度可以達到GB/T2363中5-7級（DIN4-6級），通過實踐驗證通過對刀具前角的有效選用采取一刀或兩刀法加工可以保證滾插精度的解決，在m0.5至m1范圍可以代替采用磨齒技術(shù)同等效果。例如小模數(shù)齒輪使用的切頂滾刀和蝸輪滾刀在使用中就產(chǎn)生了一定的效果。6、小模數(shù)齒輪質(zhì)量控制手段小模數(shù)齒輪質(zhì)量檢測條件按照進口及國產(chǎn)儀器有齒輪檢測儀、萬能工具顯微鏡、齒形輪廓投影儀、測長儀、導程儀、齒輪綜合檢查儀、雙面及單面嚙合綜合檢查儀等，可以檢查各種幾何及齒部精度?；谛∧?shù)齒輪m0.8以內(nèi)檢測手段有別于正常m1齒輪檢測條件的齒輪精度檢測項目，采用常規(guī)投影測量技術(shù)無法對誤差進行綜合系統(tǒng)性分析，依賴齒輪測量儀檢測精度滿足0.2m0.8范圍對檢測設備而言又增加了計量設備成本投入和檢測技術(shù)難度。按照企業(yè)經(jīng)驗對小模數(shù)齒輪檢測指標以重點控制雙面嚙和徑向綜合誤差Fi”和單面嚙和一齒徑向綜合誤差fi”指標可以客觀的反映齒輪綜合誤差指標，該指標對小模數(shù)零件滿足使用平穩(wěn)性和調(diào)節(jié)嚙合間隙有一定的指導意義，同時結(jié)合萬能工具顯微鏡、測長儀、導程儀和齒部跨棒等檢測手段，可以有效檢測和控制小模數(shù)齒輪的齒部精度，對參數(shù)控制、誤差分析、質(zhì)量改善提供有力的檢測依據(jù)。7、小模數(shù)齒輪特種工藝介紹小模數(shù)齒輪制造技術(shù)中按分類來說較為廣泛，目前由于裝備制造行業(yè)的多元化發(fā)展對零件設計提出了更高的要求，特別是近年來國防科學技術(shù)水平的提高在武器裝備領域中產(chǎn)生了大量的非常規(guī)特殊結(jié)構(gòu)的小模數(shù)齒輪零件。按設計材料分有色或黑色金屬類，按結(jié)構(gòu)分薄壁、薄片、臺階、環(huán)狀、弧狀、不對稱、細長軸、雙聯(lián)等形狀，按熱處理方式分為中硬齒調(diào)質(zhì)、齒面淬火、局部淬火、局部防滲、局部滲碳、局部滲氮、高硬度滲氮等方式的改變，給制造技術(shù)增加了難度。例如通過冷加工和熱加工技術(shù)有機結(jié)合對小模數(shù)蝸輪蝸桿車磨技術(shù)探索、小模數(shù)錐齒輪工藝技術(shù)、諧波薄壁柔輪變形工藝試驗、熱處理滲氮變形試驗、環(huán)齒和弧齒工藝技術(shù)研究就取得了很好的效果。近年來本企業(yè)根據(jù)現(xiàn)階段小模數(shù)齒輪各種設計指標和結(jié)構(gòu)特點進行了針對性的特種工藝制造技術(shù)研究和驗證，通過在材料、熱處理、刀具、夾具設計等綜合技術(shù)保障條件下取得了較好的效果，通過采用特種工藝模式滿足了了目前國內(nèi)制造裝備業(yè)對各種小模數(shù)齒輪多元化的需求，促進了國內(nèi)小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)的提高。8、小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)標準化小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)標準化屬企業(yè)技術(shù)管理類工藝技術(shù)標準化范疇，但有別于通用齒輪工藝技術(shù)標準，制定小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)標準文件可以規(guī)范企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品制造水平和工藝保障能力，體現(xiàn)在制作小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)文件的標準模板上。在實施中考慮了材料定額、工藝流程、工藝操作方法、通用工裝夾具使用、通用檢測量具使用等，這體現(xiàn)了企業(yè)開發(fā)產(chǎn)品過程中技術(shù)、周期和成本的優(yōu)勢，通過加強小模數(shù)齒輪標準化管理工作對現(xiàn)有小模數(shù)制造技術(shù)進行規(guī)范和固化也滿足了質(zhì)量和技術(shù)體系管理的“三化”要求，只有做好本企業(yè)制定、修訂、引進各類小模數(shù)齒輪工藝標準，提高通用化、系列化、模塊化的管理工作才能更好的發(fā)揮小模數(shù)齒輪設計和工藝水平。9、持續(xù)不斷進行工藝創(chuàng)新隨著小模數(shù)齒輪的種類多元化、設計理念的更新和改變、材料應用的變化性，結(jié)構(gòu)設計的不確定性，在企業(yè)需要持續(xù)快速發(fā)展前提下，必須進行該類產(chǎn)品工藝創(chuàng)新和制造方法的探索，為了滿足現(xiàn)有技術(shù)保障條件實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效應，控制零件精度等級、減少廢品率、提高工序效率、進行技術(shù)革新、增加利潤值、申請工藝專利保護等，必須大膽進行工藝思路和工藝方法的創(chuàng)新，尋找和發(fā)揚適合本企業(yè)小模數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)管理和工藝開發(fā)模式，只有在實踐中進行驗證才能提高小模數(shù)齒輪的制造保障能力，將企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。10、結(jié)束語隨著近三年乃至以后國內(nèi)空間技術(shù)和航空、航天、航海等領域國防技術(shù)快速發(fā)展，裝備制造行業(yè)對各種精密傳動機械部件和儀表（例如航空或航空領域中所使用的各種儀表儀器等）需求越來越多，對小模數(shù)齒輪的精度和可靠性需求都提出了相應的品質(zhì)要求，適應這種形勢來解決小模數(shù)齒輪產(chǎn)品的設計、提高工藝技術(shù)需要我們花大力氣去在實踐中探索。參考文獻【1】“小模數(shù)齒輪加工”小模數(shù)齒輪加工1972年8月【2】“齒輪手冊”機械工業(yè)出版社2001年第2版作者簡介李煒斌（1971-），男，中船重工重慶清平機械廠技術(shù)中心從事技術(shù)管理和齒輪設計工藝技術(shù)研究三強力噴丸工藝是進步齒輪齒部彎曲疲憊強度和接觸疲憊強度的重要方法，是改善齒輪抗咬合能力、進步齒輪壽命的重要途徑。強力噴丸工藝最早產(chǎn)生于20世紀20年代，主要應用在軍事領域。隨著應用范圍的推廣，強力噴丸工藝進步齒輪疲憊強度和壽命的能力已被很多企業(yè)所證實。工作原理強力噴丸工藝主要是利用高速噴射的細小鋼丸在室溫下撞擊受噴工件表面，使工件表層材料產(chǎn)生彈塑性變形并呈現(xiàn)較高的殘余壓應力，從而進步工件表面強度及疲憊強度。噴丸一方面使零件表面發(fā)生彈性變形，同時也產(chǎn)生了大量孿晶和位錯，使材料表面發(fā)生加工強化。如圖1所示： 圖1-a 經(jīng)噴丸處理的零件表面圖1-b 未經(jīng)噴丸處理的零件表面噴丸對表面形貌和性能的影響主要表現(xiàn)在改變零件的表面硬度、表面粗糙度、抗應力腐蝕能力和零件的疲憊壽命。零件的材料表層在鋼丸束的沖擊下發(fā)生循環(huán)塑性變形。根據(jù)材料的性質(zhì)和狀態(tài)的不同，噴丸后材料的表層將發(fā)生以下變化：硬度變化、組織結(jié)構(gòu)的變化、相轉(zhuǎn)變、表層殘余應力場的形成、表面粗糙度的變化等。噴丸強度的丈量方法當一塊金屬片接受鋼丸流的噴擊時會產(chǎn)生彎曲。飽和狀態(tài)和噴丸強度是噴丸加工工藝中的兩個重要概念。飽和狀態(tài)是指在同一條件下繼續(xù)噴擊而不再改變受噴區(qū)域機械特性時的狀態(tài)。所謂噴丸強度，就是通過打擊預制成一定規(guī)格的金屬片（即試片），在規(guī)定的時間使之達到飽和狀態(tài)的強弱程度，并用試片彎曲的弧高值來度量其噴擊的強弱程度。目前，應用最廣的美國機動車工程學會噴丸標準中采用阿爾曼提出的噴丸強化檢驗法弧高度法，該方法由美國GM公司的J. O. Almen（阿爾門）提出，并由SAEJ442a和SAE443標準規(guī)定的丈量方法，其要點是用一定規(guī)格的彈簧鋼試片通過檢測噴丸強化后的外形變化來反映噴丸效果。對薄板試片進行單面噴丸時，由于表面層在彈丸作用下產(chǎn)生參與拉伸形變，所以薄板向噴丸面呈球面彎曲。通常在一定跨度間隔上丈量球面的弧高度值，用其來度量噴丸的強度。測定弧高度值是通過將阿爾門試片固定在專用夾具上，經(jīng)噴丸后，再取下試片，然后用阿爾門量規(guī)丈量試片經(jīng)單面噴丸作用下產(chǎn)生的參與拉伸形變量（即弧高度值）。如用試片測得的弧高值為0.35mm時，記作0.35A。噴丸強度的另一種檢驗方法為殘余應力檢測，即對經(jīng)強力噴丸后的工件進行殘余應力的檢測，具體的檢驗方法為X射線衍射法。在美國SAE J784a標準中推薦如下方法：X射線的進射和衍射束必須平行于齒輪的齒根，圓柱直齒輪和圓柱螺旋齒輪上的丈量位置應當在齒根的寬度中心，照射區(qū)域必須集中在齒根圓角的中心，不能橫向延伸超出規(guī)定的齒根圓角表面深度的丈量點，照射區(qū)域大小的控制可以通過對直光束和適當遮蓋齒根表面實現(xiàn)；在每個選定受檢的齒輪上，最少要任選兩個齒進行評估，兩齒間隔180?。假如齒的有效齒廓受到保護沒有研磨，則可以以為齒根研磨的用于表面下殘余應力丈量的齒輪未受損壞并且可以用于生產(chǎn)。 噴丸對進步零件疲憊抗力的作用借助表面冷變形實現(xiàn)材料表面強化的本質(zhì)在于冷變形造成材料表層組織結(jié)構(gòu)的變化、引進殘余壓應力以及表面形貌的變化。1、噴丸使材料表面性能改善強化噴丸過程中，當微小球形鋼丸高速撞擊受噴工件表面時，使工件表層材料產(chǎn)生彈、塑性變形，撞擊處因塑性形變而產(chǎn)生一壓坑，撞擊導致壓坑四周的表面材料發(fā)生徑向延伸。當越來越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時，工件表面越來越多的部分因吸收高速運動鋼丸的動能而產(chǎn)生塑性流變，使表面材料因塑性變化而產(chǎn)生的徑向延伸區(qū)域越來越大，發(fā)生塑性形變的表面逐步連接成片，則使工件表面逐步形成一層均勻的塑性變形層。塑性變形層形成后，繼續(xù)噴丸會使塑變層因繼續(xù)延伸而厚度逐步變薄，同時塑變層的徑向延伸會因受到鄰近區(qū)域的限制而導致重疊部分發(fā)生破壞，終極塑變層因持續(xù)的噴丸而剝落。所以必須對噴丸的時間加以嚴格的控制。2、噴丸對滲碳齒輪表層殘余應力的影響關于噴丸使工件表面形成殘余應力的原因，根據(jù)Al-Obaid等人的觀點：當高速鋼丸撞擊到試樣表面,撞擊處產(chǎn)生塑性變形而殘余一壓坑,當越來越多的鋼丸撞擊到試樣表面時,則會在試樣表層產(chǎn)生一層均勻的塑變層,由于塑性變形層的體積膨脹會受到來自未塑性變形近鄰區(qū)域的限制,因此整個塑變層受到一壓應力。由于殘余壓應力及其分布對齒輪疲憊壽命有較大的影響,而噴丸強化工藝的優(yōu)劣將直接影響殘余應力大小及其分布。因此正確測定受噴零件的表層殘余應力對于評價噴丸工藝的優(yōu)劣是一個行之有效的手段。3、噴丸對零件表面粗糙度的影響強化噴丸會引起零件受噴表面的塑性變形，使零件的表面粗糙度發(fā)生變化。表面粗糙度是一種微觀幾何外形誤差，又稱為微觀不平度。表面粗糙度和表面波度、外形誤差一樣，都屬于零件的幾何外形誤差，表面粗糙度對于機器零件的使用性能有著重要的影響。噴丸對材料表面粗糙度的影響通常在Ra0.620mm范圍內(nèi)。在不改變工藝參數(shù)的條件下，材料原始表面粗糙度愈高，噴丸后的Ra值愈大。生產(chǎn)實踐證實，一般情況下，噴前表面粗糙度在6.3mm以下，噴丸可以進步或維持原表面粗糙度，假如原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。在生產(chǎn)實踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應從以下幾個方面著手：提供較好的原始表面，Ra值應在6.3mm以下；選擇公道的鋼丸直徑和噴丸壓力；在大直徑鋼丸噴丸強化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強度值)覆蓋一次，可達到較好的表面粗糙度。噴丸后的零件表面應稍微打磨，打磨時要控制表面金屬往除量。這樣，既不損害噴丸的強化效果，又可改善表面粗糙度。當然，這是一個多因素題目,不論采用什么方法，必須同時考慮其他因素的影響。工藝參數(shù)對噴丸效果的影響對噴丸質(zhì)量有影響的主要有以下幾個方面：鋼丸材料、鋼丸直徑、鋼丸速度、鋼丸流量、噴射角度、噴射間隔、噴射時間、覆蓋率等。其中任何一個參數(shù)的變化都會不同程度地影響噴丸強化的效果。1、鋼丸的材料、硬度、尺寸及粒度對噴丸效果的影響鑄鐵丸和鑄鋼丸通常用于硬齒面齒輪的噴丸。鑄鐵丸的缺點是韌性較低，在噴丸過程中易于破碎、耗損量大，對破碎的鋼丸要及時分離，否則會影響受噴表面質(zhì)量。但鑄鐵丸的優(yōu)點是價格便宜、硬度高，可以使受噴表面產(chǎn)生較高的殘余壓應力。鑄鋼丸與鑄鐵丸相比，其優(yōu)點是不易破碎，對受噴表面幾何形貌有利。但鑄鋼丸硬度較鑄鐵丸低，在其他條件相同時，受噴表面的殘余壓應力低于鑄鐵丸。對于受噴工件而言，鋼丸質(zhì)量和鋼丸速度決定了噴丸強化效果的穩(wěn)定性。其中，鋼丸質(zhì)量對噴丸強化效果影響甚大，一般規(guī)律是：鋼丸直徑小，工件表面殘余應力較高，但強化層較淺；鋼丸直徑大，工件表面殘余應力較低，但強化層較深；鋼丸硬度高，噴丸強度也高；鋼丸直徑增加，噴丸強度也增加；鋼丸速度增加，噴丸強度、表面壓應力和強化層深三者均增加。公道的選擇控制噴丸參數(shù)，才能獲得良好的噴丸效果。通常情況下，鋼丸的直徑受到所噴零件的影響，鋼丸的直徑一般不應大于齒輪過渡區(qū)圓角直徑的一半。過大的鋼丸不能噴及齒輪圓角處。當對表面粗糙度有要求時，應盡量選用較小的鋼丸。為了達到覆蓋率要求所需的噴丸時間將隨著鋼丸尺寸的加大而迅速增加，小鋼丸可以較快地達到覆蓋率的要求。因此，鋼丸的直徑不宜選得過大，我公司根據(jù)實際情況，選用直徑為0.6mm、0.8mm的鋼丸，獲得的效果比較理想。同時鋼丸的材料也非常重要，國家標準中已經(jīng)對鋼丸的金相組織、化學成分、最小密度、硬度偏差范圍給出嚴格的規(guī)范。合格材料的鋼丸都應嚴格控制質(zhì)量，保證球面外形尺寸均勻，保證充足的鋼丸數(shù)目。鋼丸量的減少，相應噴丸強度也會降低。所以必須在一定間隔時間內(nèi)檢查鋼丸，及時往除分歧格的鋼丸，調(diào)換和增加一定量的鋼丸。否則，畸形鋼丸的棱角輕易使受噴零件表面產(chǎn)生微裂紋而造成疲憊源。一般應保證合格鋼丸的數(shù)目不少于80%。合格鋼丸的含量一般選用不同規(guī)格的篩網(wǎng)加以控制（如圖2所示）。 圖2 用于檢測用的篩網(wǎng)鋼丸硬度的選擇應考慮工件材料的硬度。當鋼丸的硬度非常接近齒輪材料的硬度時，最大壓應力與壓縮深度將不受鋼丸硬度的影響。因此，選擇鋼丸時，應使鋼丸的硬度大于或即是齒輪噴丸表面的硬度。對滲碳齒輪，最好選用硬度為5565HRC的鋼丸，以得到滿足的壓應力效果。2、鋼丸的流量、速度、噴射角度對噴丸效果的影響拋頭是由變頻電機直接驅(qū)動的，通過改變電機的頻率可以改變拋頭的轉(zhuǎn)速。鋼丸在離心力的作用下從葉輪軸上的孔溢出到葉片上（如圖3所示），再由高速轉(zhuǎn)動的葉片沿固定角度拋出，葉輪的轉(zhuǎn)速決定了鋼丸拋出的初速度。電機的最大轉(zhuǎn)速是3000r/min。 由于拋頭轉(zhuǎn)動起來以后，鋼丸會源源不斷地拋出，因此進進拋頭葉輪軸的鋼丸流量必須能保證拋頭有充足的鋼丸供給，這就要求經(jīng)常補充噴丸機鋼丸回收系統(tǒng)中的鋼丸存量，更重要的是通過調(diào)節(jié)丸料控制閥的開口大小來調(diào)整經(jīng)過丸料控制閥進進拋頭的鋼丸流量。噴丸機的鋼丸的輸進量一經(jīng)調(diào)好后就固定不變了，在正常使用中改變鋼丸流量是通過調(diào)節(jié)拋頭的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，即在鋼丸輸進量不變的情況下進步葉輪轉(zhuǎn)速，則單位時間內(nèi)拋出的鋼丸流量就大，反之亦然。在噴丸機上，每個拋頭都有一個安培表與之相連，用來顯示鋼丸的流量。當噴丸質(zhì)量達不到技術(shù)要求時，需調(diào)整電機頻率，調(diào)整就是通過安培表顯示的讀數(shù)來確定調(diào)整到何種程度的。安培表的讀數(shù)范圍是030A。結(jié)論在噴丸過程中，材料表層承受鋼丸的劇烈沖擊產(chǎn)生形變硬化層，這將導致兩種效果：一是組織上造成亞晶細化，位錯密度增加，晶格畸變加??；二是引進高的宏觀殘余壓應力。此外，由于鋼丸沖擊使表面粗糙度有所增加，會使切削加工時產(chǎn)生的尖銳刀痕趨于圓滑。這些變化將明顯地進步材料的疲憊抗力和應力腐蝕抗力，從而明顯地進步齒輪的壽命。(en四蝸輪蝸桿減速機常見題目分析newmaker蝸輪蝸桿減速機是一種具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，以及在一定條件下具有自鎖功能的傳動機械，是最常用的減速機之一，其中，中空軸式蝸齒減速機不僅具有以上的特點，而且安裝方便，結(jié)構(gòu)公道，越來越得到廣泛應用。中空軸式蝸齒減速機在蝸輪蝸桿減速器輸人端加裝一個斜齒輪減速器，構(gòu)成的多級減速器可獲得非常低的輸出速度，是斜齒輪級和蝸齒級的組合，比純單級蝸輪減速機具有更高的效率。而且振動小，噪音低，能耗低。 常見題目及其原因。1)減速機發(fā)熱和漏油，(2)蝸輪磨損，(3)傳動小斜齒輪磨損，(4)軸承(蝸桿處)損壞。 1 減速機發(fā)熱和漏油。蝸輪減速機為了進步效率，一般均采用有色金屬做蝸輪，蝸桿則采用較硬的鋼材，由于它是滑動磨擦傳動，在運行過程中，就會產(chǎn)生較高的熱量，使減速機各零件和密封之間熱膨脹產(chǎn)生差異，從而在各配合面產(chǎn)生間隙，而油液由于溫度的升高變稀，輕易造成泄漏。主要原因有四點，一是材質(zhì)的搭配是否公道，二是嚙合磨擦面的表面質(zhì)量，三是潤滑油的選擇，添加量是否正