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1、确定重载大模数齿轮深层渗碳深度的方法比较李光瑾1 任颂赞1 滕鲁湘2 陈德华1 哈胜男1 祝兵寿2 蒋勇刚2 杨亚文2 王(1 上海市机械制造工艺研究所有限公司 , 上海 200070)(2 常州减速机总厂有限公司 , 江苏 常州 213149) (3 上海大学 , 上海 200072)洪3摘要分析比较了多种重载齿轮深层渗碳深度的确定方法 ,列出了近年部分重载齿轮对渗碳层深度要求的变化 。选用不同直径的代表性试样和齿形试样 ,进行了渗碳淬硬层应力测定 ,认为可以从压缩 现有深层渗碳层深度冗余和在归结近年来渗层深度变化的基础上 ,努力实现深层渗碳工艺精益化 ,适当降低渗碳层深度 ,在确保齿轮承载
2、能力的前提下 ,使深层渗碳过程成为节能减排 、清洁高效的加工技术 。关键词深层渗碳有效硬化层深度工艺精益化Comparison of the Methods of Determining CarburizedDepth of Heavy2Duty Large Module GearLi Guangjin1 Ren Songzan1 Teng Luxiang2 Chen Dehua1 Ha Shengnan1Zhu Bingshou2 J iang Yonggang2 Yang Yawen2 Wanghong3(1 Shanghai Institute of Machine Building T
3、echnology Co . , Ltd. , Shanghai 200070 , China) (2 Changzhou General Speed Reducer Factory Co . , Ltd. , Changzhou 213149 ,China)(3 Shanghai University , Shanghai 200072 ,China)AbstractA variety methods of determining the depth of deep case carburizing of heavy2duty gear are compared ,the variation
4、 of carburized depth requirement of heavy2duty gear in recent years are listed. The quench stress test of the carburizing samples with different diameter and the specimen with teeth shape are carried out . On the basis of com2 pressing the depth redundancy of the existing deep carburized layer and r
5、eferring to the variation of carburized depth in recent years ,we can make great efforts to attribute lean process of carburized depth ,appropriate reducing the depth , and on condition of ensuring gear load capacity ,make deep carburizing process to a processing technology of energy conservation an
6、d emission reduction and clean efficient .Key words Deep carburizingEffective hardening depthTechnique lean process定和校核标准 ,将渗碳淬硬层深度简称“淬硬层深度”(用 CHD 表示) 。齿轮成品的有效淬硬层深度为齿面 经磨削后的硬化层深度 ( 用 Eht 表示) 。两者的关系 为 :CHD = Eht + 磨削余量 。0引言重载硬齿面齿轮常采用低碳合金钢深层渗碳淬火工艺 ,以适应在重载荷情况下齿面接触疲劳和齿根弯曲疲劳性能 。按照 JB/ T 8929 1999 深层渗碳标准界
7、 定 ,有效硬化层深度 3mm 以上即为“深层渗碳”( 该标准 2008 版取消了 3mm 的界定) 。渗层深度直接决定了渗碳工艺周期长短 、能源消耗和生产效率高低 。如 何确定齿轮的渗碳层深度有若干标准和方法 ,近年来 重载齿轮深层渗碳齿轮有效硬化层深度的设定发生了很大变化 。GB/ T 9450 2005 钢件渗碳淬火硬化层深度的测1现有确定硬面齿轮渗碳淬火 Eht 值的方法参与齿轮承载能力计算的材料特征参数各种齿轮承载能力计算方法 , 常用的材料特征参1. 1数有 :弹性模量 ( E) 、泊松比 () 、许用齿根应力 (FP) 、弯曲疲劳极限应力 (Flim) 、许用接触应力 (HP )
8、 、接触 疲劳极限应力 (Hlim) 、抗拉强度 ( Rm ) 、硬度 ( HRC 、HV第 35 卷 第 02 期确定重载大模数齿轮深层渗碳深度的方法比较61等) 。这些指标中强度 、硬度和疲劳极限等 , 可通过选择合适的材料和热处理工艺方法获得 。我们注意到 , 在多种齿轮承载能力计算方法标准 中 , 有对齿轮材料与热处理的要求 , 但未提出参与计算 所需的 Eht 数据 , 有的仅强调应“保证适当的有效硬化层深度”。1. 2 部分确定硬齿面齿轮渗碳淬硬 Eht 值的方法长期以来 , 人们依据齿轮设计 、制造 、试验和运行 的经验 , 确定出相关系数 ( 如安全系数 、过载系数 、多种 工
9、况系数等) , 提炼出多种模数 - Eht 值对应关系图和基于多种要素的计算公式 , 本文中仅选择模数 - Eht值的对应关系图进行比较 。1. 2. 1 我国部分齿轮渗碳淬硬 Eht 值选择方法 我国 部分标准推荐的齿轮渗碳淬硬 Eht 值选择方法有几个 标准 。其一 , GB/ T 3480. 5 2008 直齿轮和斜齿轮承载能 力计算第 5 部分 :材料的强度和质量 ( 该标准等同采用 ISO 6336 5 :2003 标准 ,同时是对 GB/ T 8539 2000 的修 订) 。接触强度的最佳硬化层深度推荐值 Eht Hopt 和综合 考虑弯曲强度和接触强度的最大硬化层深度 Ehtm
10、ax 0. 4 mn ( 6mm) , Ehtmin 0. 3mm ,对应关系见图 1 。表 1行业标准与资料推荐的齿轮渗碳淬硬 Eht 值计算方法nn注 1 :表中两种模数的符号均按原标准及资料录入 , 未作统一 。注 2 : TB/ T2989 2000 等效采用法国 NF F02 303 :1990 机车车辆用 车辆标准 。1. 2. 2 Munich 技术大学推荐的模数与 Eht 值的对应关系 Munich 技术大学以 mn = 3mm、5mm 的 16MnCr5 钢齿轮 为研究对象 , 通过齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳试验以及 统计分析 ,推荐的具有常规 mn/ c 比值 (端面模数/
11、在节点的曲率半径) 渗碳齿轮的最佳层深见图 32 47 。图 3 Munich 技术大学推荐的模数与 Eht 值的对应关系图 1 GB/ T 3480 . 5 2008 推荐的渗碳淬火齿轮模数与 Eht 值的对应关系其二 , 机械 、铁道行业标准以及大型重载齿轮的推荐值 , 见表 1 和图 2 。1. 2. 3G. 尼曼 、H. 温特尔推荐的模数与 Eht 值的对应关系G. 尼曼 、H. 温特尔是国际齿轮界最负盛名的教 授 , 所著的机械零件被推崇为“世界名著”, 他们推荐的模数与不同材料和不同工艺方法获得的 Eht 值的对 应关系 ( 图 43 186 ) 曾被广泛引用 , 据称该关系适用于
12、模数为 240mm 的齿轮 。1. 2. 4格里森制推荐的模数与 CHD 值的对应关系 弧齿锥 ( 伞) 齿轮加工有不同齿制 ( 如 Gleason 制 、Klin2 gelnberg 制 、Oerlikon 制 等) , 格 里 森 制 推 荐 的 模 数 与CHD 值对应关系见图 54 。ANSI/ AGMA 2101 C95 : 1995 推 荐 的 模 数 与1. 2. 5图 2 两个行业标准推荐的渗碳淬火齿轮硬模数与 Eht 值的对应关系Eht 值的对应关系图 6 为该标准推荐的模数与 Eht的对应关系 , 图 6 中所示曲线和范围 , 对性能要求很高序号资料来源确定有效硬化层 深度
13、的办法深度范围1JB/ T 8853 2001m = 1 . 56 时 ,t = (0 . 20. 3) m n ;m = 718 时 ,t = (0 . 150. 25) m n上 、下限深度 相差 50 % ; 上 、下限深度 相差 66 . 7 %2TB/ T2989 2000渗碳或碳氮共渗 齿轮 e ( m + 1) / 10 ( 表面淬火齿轮e 0 . 2 m)仅设定起点深度3我国大型 重载齿轮 1 1169t = (0 . 200. 30) m上下限深度 相差 50 %机械传动2011 年62的齿轮传动 , 应对其使用场合 、载荷情况 、加工工艺进行详细研究 , 以确定齿轮合适的硬
14、度和内部应力梯度 。 层深的测量方法和允许偏差 , 应由用户与制造者商定 。零件、AGMA2101 D04 和 ISO6336 5) , 计 算 出 模 数与 Eht 值对应关系见图 7 。图 7 KISSsoft 软件计算出的模数与 Eht 值对应关系计算结果表明 , ISO6336 5 的对应关系区间 , 经软件运行 , 所获得的对应关系图与 ISO6336 5 标准中的 对应关系图比较发生了显著变化 。下限为近似线性 、上限为简单的 2mm 、4mm 、6mm 折线形成的多边形框 区 , 这也在某种意义上说明了软件计算值具有的参考 价值 。G. 尼曼 、H. 温特尔的著作中推荐的模数与
15、Eht 值的对应关系为近似平行四边形区间 。按 ISO6336 5 和 G. 尼曼 、H. 温特尔的方法的计算 , 输入不同的安全系数 、剪切应力等要素 , 计算结果不因这些要素的变化 而改变 。AGMA2101 D04 : 2004 计算结果 , 35 模数以 下为线性对应 , 以上为折线对应 , 50 模数对应的 Eht 值 至 7 . 44mm 。图 4 G. 尼曼 、H. 温特尔推荐的模数与 Eht 的对应关系2现有确定齿轮深层渗碳淬火 Eht 值方法的局限(1) GB/ T 3480 . 5 2008 已经与国际标准完全接图 5 格里森制推荐的模数与 CHD 值的对应关系轨 , 但接触疲劳和弯曲疲劳极限均基于 3mm5mm 模数齿轮 ; 渗碳锻钢的接触疲劳极限和许用弯曲疲劳极 限是基于 Eht 为 (
