轮齿齿面损伤的有效修复方法

（1）用端面换向法修理齿轮 对于齿面局部（例如一端）磨损或单工作面磨损（单向转动）的齿轮，在结构上磨损齿轮若为轴向中心平面对称时，采用端面换向（轴向调头）法修理，是合适且经济的。

例如，某些变速箱齿轮，由于经常换挡变速，其轮齿一端常出现冲击磨损，如齿轮为轴向对称结构，可调头使用，并改善冲击程度。

又例如一般减速器齿轮，单向传动出现单工作面磨损时，如为轴向对称结构，也可以轴向调头使用。

某些齿轮在设计时已考虑到了其局部（偏于一端）以及单工作面磨损后，便于换向修理的特殊要求。例如，一些拖拉机变速箱换速齿轮，其齿圈与轮毂为铆接（或螺栓连接）结构，修理时，可除去铆钉（或松开螺栓）换向重铆（或重新拧紧）。特别是一些二级减速器，其高速轴齿轮为齿轮轴（轴上常做成对称布置的两个完全相同的齿轮）时，则换向修复工艺更为简单，即可以不动其他结构，而把需修复的齿轮轴在轴向调头就行了。

（2）用堆焊法修复齿轮 齿轮磨损严重和发生严重点蚀或剥落时，可考虑用堆焊法修复。通常，对尺寸较大而且重要齿轮的损伤用堆焊法可获得重大经济效益，并且还可尽快恢复生产。

齿轮堆焊的工艺为：焊前退火—清洗—施焊—机械加工—热处理—精加工。

1）焊前退火。其目的是为了减少齿轮内部的残余应力、细化晶粒、降低硬度，以便于加工，并改善组织为后续工艺准备条件。其方法是将齿轮缓慢、均匀地加热和冷却，具体规范是：升温到500℃、保温1h—以100℃/h的速度升温到750℃、保温1.5h—以150℃/h的速度升温到退火温度、保温2h—冷却。

不同材质的齿轮的退火温度见表11-2和表11-3。

表11-2 锻打和轧延齿轮的退火温度

表11-3 铸钢齿轮的退火温度

为防止表面氧化，加热宜放在装有木炭粉、细砂、云母屑或石灰等的退火箱中进行，而冷却可随炉或埋在干燥的黄砂或煤灰中进行。

2）清洗。其目的是减少气孔、氧化和夹渣等缺陷，并保证堆焊层的结合强度以提高焊修质量，故焊前需清洗齿轮表面的油污、锈蚀和氧化物。其方法如下：首先用汽油或70～80℃的质量分数为10%的氢氧化钠水溶液清洗，然后用清水洗刷；也可用钢丝刷、刮刀、砂布或砂轮彻底打磨待焊部位的毛刺、锈蚀、点蚀和剥落坑，使之露出新的金属光泽。

3）施焊

①堆焊用焊条直径可按表11-4选取，焊条直径取决于待焊齿轮的厚度；齿轮厚度超过表值时，可采用表列大直径焊条逐层施焊。

表11-4 堆焊用焊条直径 （单位：mm）

②补焊用钢丝及焊药，主要取决于待焊齿轮轮齿的材质。

对15Cr和20Cr的渗碳齿轮，可用20Cr和40Cr钢丝，以还原焰或中性焰（气焊）进行堆焊；也可用气门弹簧钢丝（65Mn）进行堆焊，此时钢丝上应涂以焊药。焊药按质量分数由白垩40%、莹石18%、锰铁5%、二氧化锰8%、熔渣12%、石墨7%、铬铁8%组成，并用水玻璃调制而成。

③技术要求。焊好的齿轮要完整，表面上允许有个别砂眼、气孔及渣孔，但其直径不得超过1mm，深度不得超过0.5mm，孔眼在齿面上的分布每10mm²的面积内不得多于1个，齿面加厚层应当均匀，其修正余量为2～2.5mm。

4）机械加工。堆焊之后，在车床上加工外圆和端面，然后在铣床上铣齿；也可用钳工，借助齿形样板修复齿形。

5）热处理。对于40钢和40Cr钢齿轮，应加热到800℃，并在温水中淬火，以300℃回火；对于渗碳齿轮应在900℃渗碳、保温10～12h，随炉冷却；然后加热到820～840℃，在水中或油中淬火，并进行180～200℃回火。

6）精加工。为了提高齿面质量（主要是降低表面粗糙度值）并修正淬火变形，在热处理后可用油石修光齿面，或将成对齿轮用细磨料对研。

（3）用热锻法修复齿轮 轮齿工作面严重磨损使齿厚严重减薄时，可用热锻法将齿顶部分的金属挤压到工作齿面上去，以得到包含齿形修复的机加工余量的齿厚，然后只需在轮齿顶部进行堆焊。与齿面堆焊法比较，本法操作方便，金属熔合状态较好，质量也容易保证，但需热锻工艺及相应的复杂设备支持，成本也较高。两种方法的堆焊层见图11-1。

热锻法修复齿轮的工艺如下：

1）去硬化层。

2）将齿轮加热到800～900℃，放入压模中，进行热锻镦粗，然后缓冷。也可以将齿轮套在能转动的轴上，用气焊火焰将轮齿逐个加热到800℃左右，锤击齿顶部，使之镦粗；然后进行堆焊。(www.xing528.com)

3）在机床上切除加工余量，并用齿轮机床修复齿形。

图11-1 两种堆焊层（影线部分）

a）不经热锻轮齿的堆焊层

b）经热锻轮齿的堆焊层

4）热处理。

5）检验。

（4）用齿轮变位法修复齿轮 应用齿轮变位，不仅可以把表面损伤的齿轮修复，并且可以利用变位齿轮的特点，根据失效模式及齿轮副的具体情况，选用合适的变位以提高其承载能力（提高接触和弯曲强度，降低磨损，控制胶合等）。特别是大模数、大传动比的大型齿轮（例如直径数米、重量数吨甚至几十吨的重载齿轮），其齿面发生严重表面损伤（磨损、剥落等）时，利用齿轮变位原理，修复大齿轮（相应地配制小齿轮），会带来巨大的经济效益（由于更换大齿轮需要的费用高、工时多，特别是制造周期长，有时为生产（修复时限、维修费用等）所不允许）。

利用变位原理修复齿面损伤的情况有以下几种：

1）原来为标准齿轮，可采用高变位啮合，修大轮、配小轮。但这时齿轮副的中心距不变，啮合角也没有增大，这对提高接触强度没有带来好处。当然，修复大齿轮时，必须采用负变位。

2）对于大模数、大传动比的齿面损伤齿轮，为提高齿面接触强度，可采用正角变位修复（可增大啮合角）。如果把大小齿轮的变位系数都取成正值，也可提高弯曲强度；若再对总变位系数加以合理分配，可使齿轮副的两齿轮滑动率的最大值相等或近于相等，还有利于抗磨损和耐胶合的要求。

采用正角变位修复齿轮的条件如下：

1）齿轮副的中心距允许适当改变。

2）齿轮的模数可变小。

3）传动比允许稍作改变（如使小齿轮齿数z₁增加或减小一齿，即修复后小齿轮齿数z′₁=z₁±1)；

4）大齿轮损伤处理后的剩余齿厚，允许有足够的加工余量，修复后的轮缘有足够的厚度。

5）应验算通过：齿面接触强度和齿根弯曲强度、重合度和齿顶厚、齿轮副的最大滑动率η_1max≈η_2max、轮齿过渡曲线不发生干涉。

应用齿轮变位原理修复损伤齿轮的关键：轮齿修复后应完全恢复原渐开线齿廓，即应根据齿面损伤量来确定变位系数，即可按下面两式之一来确定大齿轮的初定变位系数x′2

或

式中 x′₂——大齿轮的初定变位系数；

m——齿轮模数；

W^*、——分别为标准齿轮m=1mm时的公法线长度、弦齿厚；

W″、s″——分别为损伤轮齿的实际公法线长度和弦齿厚；

ΔW₂、Δs₂——恢复齿形需要的减薄量（估计值）。

小齿轮的变位系数x₁，视采取何种变位而定。