轿车变速器的表面致密化粉末冶金齿轮的使用性能.pdf

第 3 O卷第 4期 2 0 1 2年 8月 粉末 冶金 技术 Po w de r M e t a l l ur g y Te c h no l o g y Vo 1 ． 30，No ． 4 Aug ． 2 01 2 圆 港 文 苑 轿车变速器的表面致密化粉末冶金 齿轮的使用性能 Ci i n t e r Ra u ，L o r e n z S S i g l ，Ge r o l d M0 r k ， F r a n k W a t t e n b e r g 。 1 P MG F t l s s e n G m b H， F i i s s e n D一8 7 6 2 9 ， 德 国 2 G E T R A G I n n o v a t i o n C e n t e r ， u n t e g r u p p e n b a c h D一 7 4 1 9 9 ， 德 国 3 we r k z e “ g ma s c h i n e n l a b o r ， R WT H A a c h e n ， A a c h e n D一5 2 0 5 6 ， 德 国 摘 要 选择性表 面致 密化是改进粉末冶金钢 的一种方法 ， 高负载齿轮经过这种加工工艺处理 ， 就 能达 到使 用要求 。本文 介绍了粉末冶金螺旋齿轮 的制造 工艺 与性能 ， 用三轴 总成成对试验 台架 、 承载能力试验 台架及 噪声试验 台架 测定 了齿轮的使用性能 ， 并把 试验 结果 和具有 同样 几何 形状 与表面质量 的锻钢齿 轮 的数 据进 行 了比较 。结 果表明 ， 粉末 冶金 齿轮的承载能力与噪声级可和锻钢齿轮相媲美 。 关键词 粉末冶金齿轮 ； 选择性表面致密化 Pe r f o r m a n c e o f a s ur f a c e d e ns i fie d P／ M g e a r f o r a pa s s e ng e r c a r g e a r b o x Ci i nt e r Rau” ，Lo r e nz S Si gl ”，Ge r o l d M 6r k ， Fr a nk W at t e nbe r g 1 P MG F O s s e n Gmb H， F t i s s e n D一8 7 6 2 9， Ge r ma n y 2 G E T R A G I n n o v a t i o n C e n t e r ， U n t e r g r u p p e n b a c h D一7 4 1 9 9 ，G e r m a n y 3 We r k z e u g m a s c h i n e n l a b o r ， R WT H A a c h e n ， A a c h e n D一 5 2 0 5 6 ，G e rm a n y Abs t r ac t S e l e c t i v e s ur f a c e d e n s i fic a t i o n i s a t o o ]f o r i mp r o v i ng t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f P／M s t e e l s， s u c h t ha t t he r e q u i r e mp e nt s f o r hi g h l y l o a d e d g e a r s c a n be ma t c he d． Thi s p a p e r d e s c r i b e s t h e ma mu f a c t ur i n g a n d t he pr op e rti e s o f a h e l i c a l P ／M g e a r ． Th e g e a r pe rfo rm a n c e wa s e v a l u a t e d o n a 3 一s h a ft b a c k t o ba c k t e s t r i g， o n a l o a d b e a tin g t e s t r i g a n d o n a s o un d t e s t b e n c h． Th e r e s ul t s o f t h e s e t e s t s a r e p r e s e nt e d a nd c o mp a r e d t o d a t a o bt a i ne d f r o m s o l i d s t e e l g e a r wi t h i de nt i c a l g e o me t r y a n d s u r f a c e q ua l i t y ．Th i s c o mpa r i s o n i n d i c a t e s t h a t P／M g e a r s h a v e a l o a d b e a r i n g c a p a c i t y a n d n o i s e l e v e l whi c h a r e bo t h we l l c o mpa r a bl e t o s o l i d s t e e l g e a r s ． Ke y wo r dsP ／M g e a r ； s e l e c t i v e s u a c e de n s i fic a t i o n 对于大量生产 的形状复杂的零件 ， 粉末冶金是 一 种可进行价格竞争 的工艺。常规工艺生产的粉末 冶金零件 ， 由于材料 中含有残 留孔隙 ， 因此强度与耐 磨性 比锻钢 零件 低 ， 这 是 因为 零 件 的 所 有 力 学性 能 都主要受控于材料的密度。在高负载齿轮的应用场 合 ， 必须考虑到 2个高应力区 承受弯曲疲劳载荷 的齿根以及承受滚动接 触压力与滑动 载荷 的齿侧 面 。 为了能承受产生 的应力 ， 零件必须具有高的疲 劳强度与滚动接触疲劳强度。使粉末冶金钢零件达 到这种性能 的最佳生产工艺方法是选择性表面致密 化 S e l e c t i v e s u r f a c e d e n s i fi c a t i o n ， S S D 。用 这 种 方 法 可将 承受局 部应 力集 中区选择 性密 实到孑 L 隙度 接 近 于零 的状态 。 在 大量 生 产 的条 件 下 ， 采 用横 向辗 压 可成 功 地 制造选择性表面致密化的螺旋齿轮。除了表面致密 化 ， 齿轮的最终尺寸与质量 ， 以及表面粗糙度与表面 渗碳淬火后的显微组织 ， 对于强度与噪声 的性状也 都有较大影响。为了对粉末冶金齿轮与锻钢齿轮的 性 能进行 比较 ， 进 行 了总成 的成对 试验 台架试 验 、 承 载试 验 及噪声 试 验 。 1 试 验与结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷第 4期 C t i n t e r R a u等 轿车变速器的表面致密化粉末 冶金齿 轮的使用性能 3 1 5 生损坏 通 过 噪声 级监 控 或运 转 5 01 0 。 循 环 于 2 5 0 0 r ／ mi n下运 行 1 6 7 h 后试 验 停止 。 试 验 结果 汇 总 于 图 4 。从 图 4可 看 出 ， 经 选 择 性 表 面致 密化 与研 磨 的粉 末 冶 金 齿 轮 ， 其 承 载 能 力 和常规 生 产 的锻 钢 齿 轮 位 于 同 一范 围 之 内 。例 如 ， 施 加 的转 矩 为 3 3 8 N I 1 1 相 当 于 H e r t z i a n接 触 应 力 为 1 3 0 0 MP a 时 ， 齿轮 因在 1 01 0 。 一 5 0 x 1 0 。 循 环 之间齿断裂而失效 参见图 2 ， 可是齿侧 面未破损 ， 且 无点 蚀 迹象 ， 即在 这 种负 载结 构 中 ， 齿 轮是 由于 齿 根 部 的疲 劳裂 纹扩 展 ， 而不 是 因点蚀 而 失效 。 图 4 在 图 3示 总成成 对齿轮试验台架上获得 的 S ／ N数据 Wo e h l e r曲线 F i g ． 4 S ／ N d a t a Wo e h l e r c u r v e o b t a i n e d o n t h e b ac k t o ba c k g e a r t es t e r f r o m Fi g ． 3 此外 ， 在 G e t r a g 上 输人 转矩 2 1 2 N I n ， 于2 5 0 0 r ／ m i n下持续试验 7 7 h 对经研磨的粉末冶金齿轮和 常规生产的锻钢齿轮进行 了负载能力试验。试验结 果是肯定的， 即粉末冶金齿轮和锻钢齿轮都没有失 效 。 2 结 论 本文 阐述了粉末冶金螺旋齿轮的制造与性能。 用 3种 不 同 的试 验 台 架 包 括 三 轴 总 成 成 对 试 验 台架 、 客户 的 噪声试 验 台架 、 客户 的承 载试 验 台架 评定了粉末冶金齿轮的使用性能 ， 并和锻钢齿轮进 行 了比较 。 结果表明 ， 研磨 的粉末冶金齿轮的负载能力和 低噪声级都完全可与锻钢齿轮相 比较 ， 证明粉末冶 金齿轮能满足高疲劳强度 、 高滚动接触疲 劳强度及 噪 声性 状 的要求 。 参考文献 [ 1] S o n s i n o C M，L i p p K ． F a t i g u e d e s i g n o f P M g e a r s u n d e r c o n s i d e r a t i o n o f h e r t z i a n p r e s s u r e wi t h s l i d i n g a n d t o o t h b e n d i r I s ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 0 5 S AE W o rld C o n g r e s s ， S AE T e c h n i c a l P a p e r S e r i e s 2 0 0 5 一Ol一0 7 09 ． De t r o i t Mi c h i g a n．2 0 0 5 [ 2 ]R a u G， S i g l L S ．P ／ M g e a r f o r a p a s s e n g e r c a r g e a r b o x ／ ／V D I Be r i c h t e ．2 0 0 51 9 0 41 8 11 9 6 韩凤麟 译 B d R幽童 N u a } { 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m