高強度汽車齒輪表面強化技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

李文軍

摘要：齒輪的強度和使用壽命，是制約我國汽車發(fā)展的一個重要因素。根據(jù)近年來對我國汽車齒輪的研究，齒輪的表面強化技術(shù)已經(jīng)成了最重要的核心技術(shù)。表面強化技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了齒輪的疲勞耐久性，增加了齒輪的使用壽命等。所以齒輪的表面強化技術(shù)越來越受到國內(nèi)以及國外的重視。本文深入分析高強度汽車齒輪的表面強化技術(shù)及其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：高強度;齒輪;表面強化技術(shù);現(xiàn)狀;發(fā)展

0 ?引言

齒輪是汽車機械中傳遞動力的一個重要零件，其使用壽命及其強度與機械裝置的優(yōu)劣性是關(guān)系非常密切的。隨著社會的發(fā)展和進步，科技的日新月異，各行各業(yè)的人們對汽車的性能有著不同的要求，其要求不斷提高，因此對齒輪的要求也就更加嚴格。近幾年來，各大汽車公司對汽車齒輪的研發(fā)都非常重視。尤其日本、美國、英國、德國等國家提出了非常嚴格的市場規(guī)范。

齒輪需要具備較高的強度和速度，以及耐久、壽命長等特點。這對齒輪的設計和改進提出了新的研究方向，也為開發(fā)新的材料和技術(shù)帶來了新的任務。其中，齒輪的表面強化技術(shù)是最關(guān)鍵的核心技術(shù)，全面提升齒輪的高強度是必要且重要的，需要進一步展開分析和研究。

1 ?汽車齒輪材料技術(shù)及研究現(xiàn)狀

汽車齒輪在傳遞扭矩和改變速度過程中，往往處于高載荷的工作環(huán)境下。這就在很大程度上要求汽車齒輪材料要具備很好的性能。汽車中的齒輪處于長期連續(xù)負荷的工作狀態(tài)，齒輪在工作的狀態(tài)下，既要滾動使用，又需要滑動使用。在轉(zhuǎn)動的同時，還會受到脈沖的作用。齒輪存在四種破壞的形式，齒輪被折斷會受到破壞，齒輪的點蝕與微觀點蝕，齒輪的磨損也會使齒輪受到破壞，齒面的膠合也是一個重要因素?？傮w來說，汽車齒輪有四類破壞形式：①齒面膠合;②宏觀點蝕、微觀點蝕;③磨損;④輪齒折斷。

輪齒的表面是非常重要的，輪齒表面要保持完整的狀態(tài)，也就是不受到任何損傷，這樣強化后能夠決定表面的狀態(tài)。輪齒的表面涂改也是需要重視的，需要綜合考慮厚度和強度等因素。隨著科技的進步，汽車的種類越來越多，對齒輪的要求也就越來越高。所以，也應重視齒輪的材料?；A(chǔ)材料有較高的質(zhì)量，才能保障齒輪的質(zhì)量和使用。對汽車齒輪材料應展開分析和研究。

2 ?齒輪表面強化技術(shù)

2.1 抗齒輪彎曲疲勞表面強化技術(shù)

齒輪的噴丸強化技術(shù)，是抗齒輪彎曲疲勞，進行表面強化的一項重要技術(shù)，是在提高齒輪疲勞強度上得到廣泛應用的。其主要是通過機械的作用，使齒面表面進行壓縮變形，壓縮變形之后表面就會產(chǎn)生變化，形成改性層，從而達到表面強化的效果。齒輪噴丸強化技術(shù)既可以強化表面，又可以提高疲勞強度，因此被越來越廣泛地應用。齒輪噴丸強化技術(shù)還分為強力噴丸、微粒噴丸、復合噴丸以及其他噴丸新技術(shù)等。各種噴丸的技術(shù)存在一定的差異，如強力噴丸技術(shù)，可以大面積的提高齒輪表面的一些參與壓縮應力。而微粒噴丸技術(shù)既可以提高齒輪表面周圍的一些殘余壓縮應力，又能夠降低齒丸對表面的粗糙程度，滿足了齒輪對表面粗糙程度的要求。復合噴丸是采用高壓強力的技術(shù)對變速器齒輪進行了表面上的強化，這種技術(shù)方式可以有效的提高齒輪的疲勞壽命。隨著科技的發(fā)展，新的技術(shù)在不斷研究和分析，不斷引入齒輪的強化技術(shù)，滿足齒輪在使用中的各種要求。隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，新型技術(shù)不斷得到開發(fā)應用，例如，超聲波噴丸、空化水噴丸、激光空穴噴丸等等。

2.2 齒輪表面復合強化技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，近年來對齒輪表面的要求也在不斷提高。研究開發(fā)齒輪表面噴丸強化處理技術(shù)的力度加大，投入增多，大幅度提高了齒輪彎曲疲勞強度的壽命極限，齒輪抗彎曲疲勞強度極限超過了齒面接觸抗點蝕疲勞強度極限。

齒輪對在齒面嚙合快速相對滑動產(chǎn)生的拉應力和齒面高接觸應力的共同反復作用下會產(chǎn)生一定的齒面疲勞損傷。而采用齒面改性涂層技術(shù)，可以有效的防止諸如此類的損傷的產(chǎn)生，并能夠有效的改善齒輪副的表面完整性和抗齒面疲勞性。

齒輪表面加工技術(shù)也在不斷深入研究，將兩種或多種表面強化的技術(shù)相結(jié)合，對齒輪進行復合強化處理，進而提高齒輪表面使用的完整性。齒輪表面復合強化技術(shù)是當前被廣泛應用的一種技術(shù)手段。比如鹽浴復合處理技術(shù)、熱噴涂與噴丸結(jié)合的復合強化技術(shù)等多種技術(shù)方法。鹽浴復合技術(shù)主要是指低溫鹽浴氮碳共滲加鹽浴氧化的一種形式，可以產(chǎn)生高抗蝕和耐磨的金屬表面改性技術(shù)。很多大型汽車，其中的齒輪都采用到了鹽浴復合技術(shù)，增強了齒輪表面強化技術(shù)。

2.3 油品對齒輪疲勞強度壽命和磨損的影響

汽車變速器中所含有的潤滑油，潤滑油的作用不可小覷。潤滑油需要配合齒輪和軸承，還要承擔離合器等部件的潤滑，除此之外，控制動作的平穩(wěn)也需要潤滑油的配合。因此，對潤滑油應有較嚴格的要求，尤其是在氧化耐久性和動靜摩擦的因數(shù)上。近年來，由于，汽車領(lǐng)域?qū)ψ兯倨髦锌刂葡到y(tǒng)的精確和滑動性的要求有很大的提高，輪齒系統(tǒng)中的油品潤滑，也將面臨著很大的挑戰(zhàn)。齒輪中油品的潤滑會影響到多個位置的使用效率，因此，要加大對變速器中潤滑的研究，提升該性能，避免因油品的問題，影響齒輪的使用，尤其齒輪的疲勞壽命與磨損，與油品有很大的關(guān)系。變速器中潤滑油受到影響，也會對齒輪的使用產(chǎn)生影響。潤滑油的性能會受到溫度、油位、水分污染以及清潔度的影響，所以要對潤滑油的問題加以重視，保護好潤滑油的性能，也對齒輪的使用有一個良好的保障。從生產(chǎn)到后期都要做好維護，避免油品的性能造成破壞。

3 ?齒輪表面強化技術(shù)的發(fā)展

不管是在如何復雜的狀況下，輪齒表面技術(shù)都在不斷出現(xiàn)新的研究課題與方向。比如，汽車傳動系統(tǒng)的輕量化、新能源汽車變速器高轉(zhuǎn)速等。單一的表面的強化技術(shù)已經(jīng)無法滿足齒輪的使用要求，多以結(jié)合多種復合的表面強化技術(shù)被越來越多的使用。

齒輪表面強化技術(shù)的發(fā)展需要根據(jù)齒輪的情況來研發(fā)，表面強化技術(shù)需要適應齒輪的高強度、高精度等多項要求。而這些要求之中的矛盾和獨立也是復合表面強化技術(shù)的應用更合理，復合表面強化技術(shù)是多種技術(shù)的科學合理結(jié)合，并不是單一的技術(shù)相加。齒輪表面復合技術(shù)，需要展開更深入的研究，朝著更高的標準發(fā)展，運用更加優(yōu)化的設計理念，對齒輪中的一些噴丸強化技術(shù)和表面涂層技術(shù)等展開更加深入的研究。除此之外，齒輪表面的熱處理技術(shù)也是需要重點關(guān)注的，齒輪的材料和性能，都是需要進一步展開分析的。

齒輪表面熱處理未來的研究重點包可以放在齒輪材料基因分析、基礎(chǔ)性能實驗掌握材料基本參數(shù)與強度特性，預測齒輪熱處理變形的數(shù)值模擬、新型齒輪用鋼、新型熱處理工藝、齒輪噴丸強化技術(shù)、對噴丸參數(shù)與齒輪表面完整性關(guān)系等方面上。

只有對這些基礎(chǔ)的材料設施深入了解之后，才能展開更多技術(shù)的研究。齒輪表面強化技術(shù)，應在科技進步的引領(lǐng)下不斷發(fā)展，朝著高、精、細、深幾個方面嚴格要求，提高標準。齒輪的使用性能主要體現(xiàn)在高這一方面，性能要求高。精主要體現(xiàn)在齒輪的表面強化，要采用精品加工。細主要體現(xiàn)在齒輪的加工工藝方面，要求更細。深，主要體現(xiàn)在齒輪的表面改性層上。這樣，齒輪的壽命才能更長，使用起來更可靠更安全。

4 ?結(jié)束語

表面強化技術(shù)是高強度汽車齒輪中的核心技術(shù)，在汽車技術(shù)領(lǐng)域上有至關(guān)重要的作用。目前，科技發(fā)展致使很多新型汽車設備涌現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷改進，高轉(zhuǎn)速、高扭矩、高耐久性的目標要求，應更加注重齒輪的材料與表面強化的基礎(chǔ)與應用研究，也應不斷對齒輪的表面強化技術(shù)加以研究和分析，滿足高強度汽車齒輪對表面強化技術(shù)的需求。

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