1 概述
　　宝钢高速线材分厂粗、中轧区的立式轧机包括2
　　V、4
　　V、6
　　V、8
　　V、10
　　V、12V 和 14V 共 7 部， 采用的是下方式方法， 即主装置电机与减速机(Retarder)等安装在轧制水平线之下。高线投产以来， 6
　　V、12V 和14V 主锥齿轮接连发生断齿事故， 其中， 6V 轧机主第一级锥齿轮接连发生三次断齿故障。硬齿面齿轮减速机为达到特别低的输出转速，可以通过两个齿轮减速机相联的方法来实现。当采用这种传动方案时，可配置电机的功率必须依赖于减速机的极限输出扭矩，而不能通过电机功率来计算减速机的输出扭矩。从锥齿轮断裂的断口及材料的宏观、微观和硬度分析看其失效的性质如下：
　　（ 1） 螺旋锥齿轮的断裂属于疲劳断裂；
　　（ 2） 断裂齿材料存在明显的疏松空隙， 齿面渗碳层硬度（Hardness)偏低， 降低（reduce)了材料的疲劳性能， 锥齿轮工作时齿根部受应力最大， 齿根部容易发生疲劳断裂， 从磨损的情况看是属于早期疲劳断裂。本文从6V螺旋锥齿轮的强陶慧明　高工 1960年生1983 年毕业于鞍山钢铁学院　现从事冶金机械技术专业　电话 26649615度、精度、热处理、材料等方面对齿轮失效的根本原因进行分析研究。
　　2 强度分析(Analyse)与失效原因
　　2. 1 6V 轧机主锥齿轮强度计算
　　6V 锥齿轮主要参数， 采用 Gleason 工厂推荐方法及数据（data)进行计算。
　　轮齿失效概率低于 1/ 100.
　　从计算结果看： 在轧机功率（指物体在单位时间内所做的功的多少）400 kW 不变的情况下， 当输入转速低于 1 200 r/ min 时， 小轮折叠强度（strength)的失效概率（probability)高于 1/ 3； 转速大于等于1 800 r/ min 小于 2 000 r/min 时， 小轮的弯曲强度的失效概率低于 1/ 3； 该齿轮只能在转速大于等于2 000 r/ min 时才能工作。显然电机在额定功率下工作， 中的螺旋伞齿轮强度是不够的。
　　2. 2 螺旋伞齿轮模数推算
　　根据我国设计标准， 按！机械设计手册？第三卷表 
　　2
　　3. 4- 22 锥齿轮设计公式， 螺旋伞齿轮模数推算。根据以上参数对锥齿轮的强度进行初步计算， 得出的结果是模数应大于 
　　9. 8， 但目前 V6 螺旋锥齿轮的模数为 
　　8. 11
　　2. 3 轧机实际负荷分析
　　摩根公司(Company)提供的部分轧机设计负荷及安全系数， 如果按照电机输出功率 P = 400 k
　　W、转速 n= 1 200 r/ min 计算， 螺旋锥齿轮的扭矩计算值为 3 18
　　3. 3 N？m， 显然超过摩根公司的设计最大扭矩。目前高线轧机实际负荷在摩根公司设计范围之内。1999 年 10 月 12 日测得负荷情况， 当时生产产品规格为 13 mm，钢号为GK4285（ 82B） ， 轧制速度为设计值的 85%.
　　2 4 强度（strength)分析(Analyse)小结
　　根据轧机的实际负荷， 我们可以看到， 摩根公司设计的中的螺旋伞齿轮的强度是满足要求的， 而驱动电机的功率选得偏大， 形成了 大马拉小车？的状况， 如果遇到轧制力意外增大， 就有可能造成齿轮的失效。从计算结果看， 这对螺旋伞齿轮的弯曲疲劳强度相对偏低， 如何提高齿轮的弯曲疲劳强度是我们的目标。
　　3 齿轮加工工艺与材料热处理分析(Analyse)
　　3. 1 轮齿加工情况分析
　　根据摩根公司提供的图纸， 原设计锥齿轮的齿形采用等高齿， 即为克林格贝尔齿形。齿轮减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。随着减速机行业的不断发展，越来越多的企业运用到了减速机。而我们现用的锥齿轮采用格利森齿形， 这是一种等间隙收缩齿。两者相比， 等高齿加工容易， 但小端易产生根切并降低（reduce)强度， 格利森齿需专门机床加工。
　　从强度方面考虑（consider)， 当小齿轮（Gear）齿数少时， 格利森齿形要优于等高齿。从失效锥齿轮的加工情况看， 齿根过渡圆弧较小， 粗糙(cū cāo)度较低， 为了提高齿轮的弯曲强度齿根应采用大圆弧过渡， 并对齿轮的齿根进行喷丸处理。
　　3. 2 材质分析
　　摩根公司设计的材质是美国的 G43200， 相当于我国的 20CrNi2Mo， 但从国内目前齿轮材料(Material)研究情况看， 建议采用 17CrNiMo6 或 16NCD13， 它们热处理的淬透性(hardenability)和H li
　　M、F li
　　M、FE都比较好； 另外齿坯的锻造比不得小于 3.
　　3. 3 热处理(chǔ lǐ)分析
　　美国对 G43200 这种材料有四种热处理(chǔ lǐ)方法：即 B1、B2、B4、C1.
　　B1
　　（（（ 从炉中取出直接在油中淬火， 然后300
　　（ 149 ） ） 回火。
　　B2
　　（（（ 单次淬火并回火， 以得到好的渗碳层和心部性能； 坑冷后再次加热到 1 500
　　（ 816 ） ） ，油淬， 300
　　（ 149 ） ） 回火。
　　B4
　　（（（ 两次淬火并回火， 以期最显著地细化渗碳层和心部的晶粒。坑冷后加热到 1 500（816 ） ） ， 油淬； 再加热到 1 425
　　（ 774 ） ） ， 油淬；于 300
　　（ 149 ） ） 回火。
　　C1
　　（（（ 直接从渗碳炉中取出油淬， 450（ 232 ） ） 回火。
　　不同材料、不同热处理工艺所得到的H li
　　M、F lim和FE均不同。ISO633
　　6. 5： 1996 规定： 各种材料热处理的质量等级有 4 种， 它们定义为：ML 表示对齿轮加工过程中材料质量及热处理工艺的一般要求；MQ 表示对有经验的制造者在一般成本下可以达到要求的等级；ME 表示必须具有高可靠度制造过程控制才能达到的等级；MX 表示对淬透性及金相组织有特殊考虑（consider)的调质合金钢的质量要求。
　　对渗碳淬火(quenching)钢的H lim， 不同工艺要求达到的数值相差很大，ML 的H lim = 1 300 N/ mm 2，MQ 的H lim = 1 500 N/ mm 2， 而 ME 的H lim = 1 650 N/ mm 2。宝钢高线采用的热处理工艺是 C1 方法， 直接从渗碳炉取出油淬， 450
　　（ 232 ） ） 回火。齿轮减速电机1、R系列同轴式斜齿轮减速机结合国际技术要求制造，具有很高的科技含量2、节省空间，可靠耐用，承受过载能力高，功率可达132KW; 3、能耗低，性能优越，减速机效率高达95%以上；4、振动小，噪音低，节能高；5、选用优质锻钢材料，钢性铸铁箱体，齿轮表面经过高频热处理；6、经过精密加工，确保轴平行度和定位轴承要求，形成斜齿轮传动总成的减速机配置了各种类电机，组合成机电一体化，完全保证了产品使用质量特性。这种热处理方法可得到高的表面硬度， 但心部韧性不太好。只能达到ML 工艺标准。如果采用 B4 方法，两次淬火并回火， 可以最显著地细化渗碳层和心部性能， 达到MQ 工艺标准， 大大提高齿轮的承载能力。
　　4 改进措施
　　根据研究结果， 针对宝钢高线粗中轧机主锥齿轮（Gear）弯曲强度设计偏低的问题(Emerson)， 我们对以后的备件制造和运行提出如下改善措施（指针对问题的解决办法)：
　　（ 1 ）齿轮材料可以采用 17CrNiMo6 或16NCD13， 热处理工艺质量按 MQ 控制。
　　（ 2） 齿轮加工
　　为了提高小齿轮的承载能力， 小齿轮可以采用正变位， 齿形可采用格利森齿形或格林贝尔齿形， 齿轮精度 6 级以上。
　　（ 3） 建议改善轧制工艺， 降低减速机负荷， 将设备故障报警参数(parameter)设置为摩根提供的轧制力矩值。
　　根据上述改进措施， 和南京高速齿轮箱厂签定技术协议(protocol)， 研制了一对圆锥齿轮， 采用格林贝尔齿形， 材料为17CrNiMo6， 2000年年修被安装在6V轧机的上， 至今已经运行一年多了， 效果良好， 达到了预定目标。