在推土机的动力传动系统中，终传动齿轮是关键的核心部件之一，它承担着将动力传递至驱动轮的最后一道任务，其性能直接影响推土机的作业效率、可靠性和使用寿命。由于推土机长期在重载、冲击、多尘的恶劣工况下工作，终传动齿轮需要具备极高的疲劳强度、耐磨性和抗冲击性能。因此，对终传动齿轮进行科学合理的强化工艺处理，并通过严格的性能测试验证其质量，是保障推土机整机性能的重要环节。本文将详细介绍推土机终传动齿轮的常用强化工艺，并深入探讨其性能测试的评估标准，为齿轮的质量控制提供全面依据。
一、推土机终传动齿轮的常用强化工艺
（一）渗碳淬火工艺
渗碳淬火是推土机终传动齿轮最常用的表面强化工艺之一，其核心原理是将齿轮置于渗碳介质中，在高温下使碳原子渗入齿轮表面，形成一定厚度的渗碳层，然后进行淬火和低温回火处理，使齿轮表面获得高硬度、高耐磨性的马氏体组织，而心部仍保持良好的韧性和塑性，从而实现 “表硬里韧” 的性能要求。
渗碳工艺参数控制 渗碳工艺的关键参数包括渗碳温度、渗碳时间、碳势控制等。对于推土机终传动齿轮，常用的渗碳温度为 900-930℃，在此温度范围内，碳原子的扩散速度较快，能够在较短时间内形成所需厚度的渗碳层。渗碳时间则根据渗碳层厚度要求而定，一般终传动齿轮的渗碳层厚度为 0.8-1.5mm，对应的渗碳时间为 4-10 小时。碳势控制是渗碳工艺的核心，碳势过高会导致齿轮表面出现网状碳化物，降低齿轮的韧性和疲劳强度；碳势过低则无法形成足够厚度和硬度的渗碳层，影响耐磨性。
目前，常用的碳势控制方法包括露点法、氧探头法等，其中氧探头法具有响应速度快、控制精度高的优点，被广泛应用于工业生产中。 淬火与回火处理 渗碳后的齿轮需要进行淬火处理，以获得马氏体组织。淬火介质的选择对齿轮的淬火质量至关重要，常用的淬火介质包括油、水和盐水等。
对于终传动齿轮，由于其尺寸较大、形状复杂，为了减少淬火变形和开裂的风险，通常采用油淬的方式。淬火温度一般为 830-860℃，淬火后齿轮的表面硬度可达 HRC58-62。淬火后的齿轮存在较大的内应力，且组织不稳定，需要进行低温回火处理。回火温度一般为 150-200℃，回火时间为 2-4 小时。低温回火不仅可以消除内应力，稳定组织，还能在保持表面高硬度的同时，提高齿轮的韧性和抗冲击性能。
渗碳淬火后的精加工 渗碳淬火后，齿轮会产生一定的变形，且表面粗糙度会增加，因此需要进行精加工，以保证齿轮的精度和表面质量。常用的精加工方法包括磨齿、珩齿等。磨齿是一种高精度的加工方法，能够有效修正齿轮的齿形误差、齿向误差和周节误差，使齿轮的精度达到 6 级以上。珩齿则是一种低速、低压的精加工方法，主要用于降低齿轮的表面粗糙度，提高齿轮的接触疲劳强度。
（二）喷丸强化工艺
喷丸强化是一种通过高速弹丸流冲击齿轮表面，使表面产生塑性变形，形成残余压应力层的表面强化工艺。该工艺能够显著提高齿轮的疲劳强度和抗应力腐蚀性能，是推土机终传动齿轮强化的重要补充工艺。
喷丸强化的基本原理 当高速弹丸冲击齿轮表面时，会使表面金属产生塑性变形，形成一个塑性变形层。在塑性变形过程中，金属内部的位错密度增加，晶粒细化，从而提高表面的硬度和强度。同时，由于塑性变形层的体积膨胀受到周围基体的限制，会在表面形成残余压应力。残余压应力能够抵消一部分工作时产生的拉应力，从而降低齿轮的疲劳裂纹萌生和扩展的概率，提高齿轮的疲劳强度。
喷丸强化工艺参数选择 喷丸强化的工艺参数主要包括弹丸材料、弹丸尺寸、喷丸速度、喷丸时间、喷丸覆盖率等。对于推土机终传动齿轮，常用的弹丸材料为铸钢丸或钢丝切丸，弹丸尺寸一般为 0.3-0.8mm。喷丸速度通常为 50-80m/s，喷丸时间根据齿轮的尺寸和形状而定，一般为 10-30 分钟。
喷丸覆盖率是指弹丸冲击齿轮表面的面积占总表面积的百分比，对于终传动齿轮，要求喷丸覆盖率达到 100% 以上，以确保齿轮表面的所有部位都能得到有效的强化。 喷丸强化的应用注意事项 喷丸强化虽然能够显著提高齿轮的性能，但在应用过程中也需要注意一些问题。
首先，喷丸强化后的齿轮表面会产生一定的粗糙度，需要进行适当的清理和抛光，以避免影响齿轮的啮合性能。其次，喷丸强化的工艺参数需要根据齿轮的材料、尺寸、形状和性能要求进行合理调整，否则可能会导致齿轮表面过度强化，产生微裂纹，反而降低齿轮的性能。最后，喷丸强化后的齿轮需要进行严格的质量检测，以确保其表面硬度、残余压应力层深度等指标符合要求。
（三）其他强化工艺
除了渗碳淬火和喷丸强化工艺外，推土机终传动齿轮还可以采用氮化处理、碳氮共渗等强化工艺。氮化处理是将齿轮置于氨气中，在高温下使氮原子渗入齿轮表面，形成氮化层。氮化层具有极高的硬度、耐磨性和抗腐蚀性，且氮化处理后的齿轮变形较小，不需要进行大量的精加工。但氮化层的厚度较薄，一般为 0.1-0.5mm，适用于载荷较轻、转速较高的齿轮。碳氮共渗则是将渗碳和氮化结合在一起的强化工艺，能够同时提高齿轮的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，其性能介于渗碳淬火和氮化处理之间，适用于各种工况下的齿轮。
二、推土机终传动齿轮的性能测试评估标准
（一）台架测试的基本原理与设备
台架测试是模拟推土机终传动齿轮的实际工作工况，在实验室条件下对齿轮的性能进行测试的一种方法。通过台架测试，可以快速、准确地评估齿轮的疲劳强度、耐磨性、抗冲击性能等指标，为齿轮的质量控制提供可靠依据。台架测试的设备主要包括动力系统、加载系统、传动系统、测试系统和控制系统等。
动力系统用于提供测试所需的动力，通常采用电机或液压马达；加载系统用于模拟齿轮的实际载荷，通常采用液压加载或机械加载的方式；传动系统用于将动力传递至被测齿轮，使其处于实际的工作状态；测试系统用于测量齿轮的转速、扭矩、温度、振动等参数；控制系统用于控制测试过程的各项参数，确保测试的准确性和重复性。
（二）疲劳强度评估标准
疲劳强度是指齿轮在循环载荷作用下，抵抗疲劳破坏的能力，是终传动齿轮最重要的性能指标之一。在台架测试中，常用的疲劳强度评估方法包括弯曲疲劳强度测试和接触疲劳强度测试。 弯曲疲劳强度测试 弯曲疲劳强度测试是评估齿轮齿根抵抗弯曲疲劳破坏能力的测试方法。
测试时，将被测齿轮安装在测试台上，通过加载系统对齿轮施加一定的弯曲载荷，然后使齿轮在一定的转速下运转，直至齿轮出现疲劳裂纹或断裂。弯曲疲劳强度的评估指标主要包括疲劳极限和疲劳寿命。疲劳极限是指齿轮在无限次循环载荷作用下，不发生疲劳破坏的最大应力；疲劳寿命是指齿轮在一定的应力水平下，发生疲劳破坏的循环次数。对于推土机终传动齿轮，其弯曲疲劳极限一般要求不低于 800MPa，疲劳寿命在 10^7 次循环以上。 接触疲劳强度测试 接触疲劳强度测试是评估齿轮齿面抵抗接触疲劳破坏能力的测试方法。
测试时，将被测齿轮与配对齿轮安装在测试台上，通过加载系统对齿轮施加一定的接触载荷，然后使齿轮在一定的转速下运转，直至齿轮齿面出现点蚀、剥落等疲劳破坏现象。接触疲劳强度的评估指标主要包括接触疲劳极限和接触疲劳寿命。接触疲劳极限是指齿轮在无限次循环载荷作用下，不发生接触疲劳破坏的最大接触应力；接触疲劳寿命是指齿轮在一定的接触应力水平下，发生接触疲劳破坏的循环次数。对于推土机终传动齿轮，其接触疲劳极限一般要求不低于 1800MPa，接触疲劳寿命在 10^7 次循环以上。
（三）耐磨性评估标准
耐磨性是指齿轮在摩擦磨损过程中，抵抗材料损失的能力，直接影响齿轮的使用寿命。在台架测试中，常用的耐磨性评估方法包括磨损量测试和摩擦系数测试。 磨损量测试 磨损量测试是通过测量齿轮在一定时间内的重量损失或尺寸变化，来评估齿轮的耐磨性。
测试时，将被测齿轮安装在测试台上，在一定的载荷、转速和润滑条件下运转一定时间，然后采用称重法或尺寸测量法测量齿轮的磨损量。磨损量越小，说明齿轮的耐磨性越好。对于推土机终传动齿轮，在规定的测试条件下，其磨损量一般要求不超过 0.1mg/h。
摩擦系数测试 摩擦系数测试是通过测量齿轮啮合过程中的摩擦力，来计算齿轮的摩擦系数，评估齿轮的耐磨性能。测试时，将被测齿轮与配对齿轮安装在测试台上，通过传感器测量齿轮啮合过程中的摩擦力和法向力，然后根据公式计算摩擦系数。摩擦系数越小，说明齿轮的啮合性能越好，耐磨性也越高。对于推土机终传动齿轮，其摩擦系数一般要求不超过 0.1。
（四）其他性能评估指标
除了疲劳强度和耐磨性外，推土机终传动齿轮的性能测试还包括抗冲击性能、硬度分布、渗碳层厚度等指标的评估。抗冲击性能测试主要通过落锤冲击试验或摆锤冲击试验，测量齿轮在冲击载荷作用下的冲击吸收功，评估齿轮的抗冲击能力。硬度分布测试则通过显微硬度计测量齿轮表面和心部的硬度，确保齿轮的硬度分布符合设计要求。渗碳层厚度测试则通过金相显微镜或涡流测厚仪测量齿轮的渗碳层厚度，确保渗碳层厚度在规定的范围内。
三、强化工艺与性能测试的关联及质量控制建议
（一）强化工艺对性能的影响
渗碳淬火工艺能够显著提高齿轮的表面硬度和耐磨性，同时通过合理的回火处理，保证心部的韧性和抗冲击性能。喷丸强化工艺则通过在齿轮表面形成残余压应力层，提高齿轮的疲劳强度。不同的强化工艺组合，会对齿轮的性能产生不同的影响。例如，渗碳淬火 + 喷丸强化的组合工艺，能够同时提高齿轮的疲劳强度、耐磨性和抗冲击性能，是推土机终传动齿轮最常用的强化方案。 （二）性能测试对强化工艺的反馈 性能测试结果可以为强化工艺的优化提供重要的反馈信息。如果齿轮的疲劳强度或耐磨性未达到设计要求，可能是由于渗碳淬火的工艺参数不合理，如渗碳温度过高或过低、碳势控制不当等，也可能是喷丸强化的工艺参数选择不合适，如弹丸尺寸过大或过小、喷丸速度过快或过慢等。通过对性能测试结果的分析，可以及时调整强化工艺参数，提高齿轮的性能。
（三）质量控制建议
为了确保推土机终传动齿轮的质量，需要从原材料采购、强化工艺处理、性能测试等各个环节进行严格的质量控制。首先，应选择优质的齿轮钢原材料，并进行严格的入厂检验，确保原材料的化学成分、力学性能等指标符合要求。其次，在强化工艺处理过程中，应严格控制工艺参数，做好过程记录，确保每个齿轮都得到均匀、一致的强化处理。最后，应建立完善的性能测试体系，对每批齿轮进行抽样测试，确保齿轮的性能符合设计要求。同时，应加强对测试设备的维护和校准，提高测试结果的准确性和可靠性。
综上所述，渗碳淬火、喷丸强化等工艺是提高推土机终传动齿轮性能的有效手段，而科学合理的性能测试则是验证齿轮质量的关键环节。通过优化强化工艺参数，加强性能测试和质量控制，可以显著提高推土机终传动齿轮的疲劳强度、耐磨性和抗冲击性能，从而保障推土机的整机性能和使用寿命，为企业的市场竞争提供有力支持。
