1 機械齒輪加工中的設(shè)計

　　煤礦機械齒輪，特別是承受重載和沖擊載荷的提升和采掘運輸機械齒輪，其彎曲極限應(yīng)力強度增大到1200MPa，接觸耐久性極限強度亦增大到1600MPa，如何在不加大外形尺寸的條件下提高其強度和壽命，需進一步進行科研技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容包括載荷的準(zhǔn)確計算、強度計算公式的修正、優(yōu)化選材、優(yōu)化齒形結(jié)構(gòu)、先進的加工和處理工藝、提高表面光潔度、合理的硬度和嚙合參數(shù)、有效的潤滑參數(shù)和裝配要求等，提高標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度。筆者認為還可以采用以下幾種比較先進的優(yōu)化設(shè)計方法：①有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用CAD進行齒輪強度計算和齒輪結(jié)構(gòu)方案的類比，選出最優(yōu)的設(shè)計方案。②利用保角映射和有限元法等方法分析齒根彎曲應(yīng)力，采用較大半徑的齒根過渡圓角并采用凸頭留磨滾刀加工外齒輪齒形，以此降低齒根彎曲應(yīng)力集中，提高彎曲強度。③根據(jù)彈性力學(xué)知識分析輪齒的嚙合形變，采用齒頂修緣，修緣線是采用較大壓力角的漸開線；采用齒面噴丸處理等工藝來提高輪齒的接觸和彎曲疲勞強度。④根據(jù)彈流潤滑理論研究齒輪潤滑狀態(tài)后，采用極壓添加劑的高粘度齒輪潤滑油來改善齒輪的潤滑狀態(tài)。

2 機械齒輪加工中的選材

　　齒輪材料的選擇，要根據(jù)強度、韌性和工藝性能要求，綜合考慮。結(jié)合我國實際，宜選用低碳合金滲碳鋼。對于承受重載和沖擊載荷的齒輪，采用以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金滲碳鋼為主的鋼材(含Ni量2%~4%)；對于負載比較穩(wěn)定或功率較小、模數(shù)較小的齒輪，亦可選用無Ni的Ni-Mn鋼。這些滲碳合金鋼的含碳量較低，平均為0.2%以下，其中的Mo、Mn均能增加鋼的淬透性(含Mn量以0.4%~0.6%為宜)，Cr能增加鋼的淬透性和耐磨性，Ni對提高鋼的韌性特別有效。應(yīng)研制、采用新型淬透性好的滲碳齒輪鋼(國外稱為“H”鋼系列)，它具有較窄范圍的淬透性帶，可保證齒輪變形范圍小并達到要求的芯部硬度。應(yīng)盡量選用冶金質(zhì)量好的真空脫氣精煉鋼(R—H脫氣鋼)和電渣重熔合金鋼，這種鋼材的純度高，具有較好的致密度，含氧、氮和非金屬雜質(zhì)極少，塑性和韌性好，減少了機械性能和各向異性。用這種鋼材制造的齒輪與普通電爐鋼制造的齒輪相比，其接觸和彎曲疲勞壽命可提高3~5倍，齒輪極限載荷可提高15%~20%。