关于硬齿面齿轮的结构优化设计探讨

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1、关于硬齿面齿轮的结构优化设计探讨关丁硬齿血齿轮的结构优化设计探讨摘要：随着现代科技的不断进步，齿轮传动形式已经广泛应用于各个领域，通过实践证明，硬齿面齿轮的结构型式具有一定的优缺点，而且目前的多个应用领域需耍更多型式的齿轮结构。本文通过对硬齿面齿轮结构型式进行讨论，提出更加合理的结构设计方法，同时对硬齿而齿轮的材质与表面处理等工艺进行简单介绍。关键词：硬齿而；齿轮；结构；设计；优化；热处理1.引言齿轮传动是一种常见的传动形式，已经在机械工程中得到了广泛应用。作为其中的关键部件，齿轮起到了基础作用，它的材质、机械性能决定着使用效率与寿命。齿轮传动具有其他传

2、动形式所不具备的优点，结构尺寸相对较小，适用范围更广。目前齿轮在加工制作过程中多采用齿面碳淬火、氮化处理的方式来提高硬度与结构强度，而不是在之前使用的调质热处理方式。随着机械工程的应力强度不断加大,硬齿面齿轮的需求量更大。2.硬齿面齿轮概念硬齿面齿轮概念相对于软齿而而言，具有较好的机械性能，寿命更长，适用范围更广。随着机械学的不断发展，硬齿面齿轮的设计制造技术开始在设计领域与加工领域更加广泛，通过一定的热处理方式与材质使用不断提高齿轮的齿面硬度，不断降低齿轮的使用尺寸。[1]从经济角度上来讲，硬齿面齿轮的价格相对于软齿面齿轮降低了20%左右，安全系数保持

3、不变或提高10%,具有良好的经济效益。3.硬齿面齿轮结构型式目前市场上出现的硬齿轮主要有几种类型，分别为锻造齿轮、镶圈组合式齿轮与焊接齿轮三种主要的形式。整体锻造齿轮发展较早，但它的应用范围相对窄一些，尺寸较大，适用在一些机械性能要求不高的场合，而且它的设计成本与制造成本并不低。目前较良好的结构型式为焊接、镶圈组合结构。焊接硬面齿轮主要由三部分组成，齿圈是其中的重要部分，多是采用渗碳合金钢，而其他的幅板与轮毂分别釆用调质钢与高质量的碳素钢形式。焊接硬齿面齿轮的重量相对锻造齿轮更轻，需要的支承结构更简洁，同时它的制造成本与设计成本都有所降低，得到了更多机械

4、工程企业的认可。[2]但焊接硬齿面齿轮在大部分生产加工过程中，却体现出了一些不足，主要在焊接工艺与热处理方面存在着一些不足，从而导致齿轮在加工后发生一些变形问题，无法更进一步加工处理，从而对整体的齿轮结构造成了严重影响,通过应力不均，导致使用寿命大大降低，甚至直接不能使用。镶圈组合齿轮主要有两部分组成，外齿圈多采用渗碳合金钢的材质，轮心材料主要由铸铁、铸钢与碳钢组成，二者通过盈联结式结构进行组合，结构更加紧凑，成本也更加降低。同时镶圈组合齿轮也有其特定的缺点，它的结构相对紧凑，造成了密度大，重量更大，在运输过程中与安装过程中需要特定的设备辅助，从而增加难

5、度，在其他机械结构承载负荷不够的场合中，使用效率大大降低。[3]针对以上两种主种主要的硬齿面齿轮结构型式，需要对焊接镶圈式结构进行更一步优化，才能把二者的优点进行集合，同吋避免出现各自体现出的缺点与不足。优化后的硬齿面齿轮结构形式中，外层主要是外齿圈，轮毂体由过盈联接、销与螺栓进行组合联接，它的制造成木更低，能够适合更加广泛的运输方式，安装非常容易。1.硬齿面齿轮结构优化设计通过对硬齿面齿轮的结构型式进行优化，大大提高了应用性能与使用寿命，能够在多个场合进行应用。某企业所需要的减速机中，需要的大齿轮通过此种焊接镶圈结构设计方法，应用效果十分良好。由于采用

6、一级斜齿轮传动形式，在传动功率为3000KW的前提下，大齿轮的总重量设计为16吨，减速机构总体重量达到56吨。在新形式的焊接镶圈结构硬齿面齿轮结构中，齿轮外径为3077mm，啮合直径为2670mm,镶圈的内孔直径为580mmo[4]在木案例中，齿轮的外齿圈主要为优质的合金渗碳钢，接触疲劳极限应力为1550MPa,它的热处理工艺为渗碳淬火回火与磨齿工艺,通过处理，齿面的硬度可以达到HRC60o硬齿面齿轮的轮毂结构体系主要由轮毂与钢板焊接而成，轮毂材质为调质合金钢，钢板的材料为炭素钢，通过二者的焊接形成良好的联接效果。齿轮的外齿圈与轮毂体由过盈联结进行组合。

7、在安装时，对外齿圈进行加热处理，从而套在轮毂体上，人工对轮毂体与齿圈的结合面进行打销处理，安装螺栓,切掉冗余的螺纹，最后进行点焊处理，增加防松性。［5］1.合理选择中硬齿面齿轮用钢的材料及和关热处理工艺要达到较高的机械性能，齿轮需要不断提高硬度与强度，合金元素如Cr、Mo、等都可以形成弥散碳化物，有效增强弥散强化效果，不但会提高齿轮的强度，同吋也会增强塑性与韧性。［6］尤其是一些大型零件，为了避免在回火冷却慢后出现的高温回火脆性，需要选择Mo钢，它的淬透性较好。在调质处理时，不可一味对硬度进行关注，还需要对淬火与冋火的温度参数进行关注，才能保持强度与韧性

8、双重效果。淬火的淬硬性决定着齿轮的最终使用综合性能。在齿轮进行设计计算时，如果需