常用的渗氮齿轮用钢和渗碳齿轮用钢作为比较的基础，从原材料热处理及相关工序成本进行系统分析。相关数据表明，离子渗氮件比渗碳淬火件的表面耐磨性要高出。表和表分别列出了两种齿轮的弯曲疲劳极限和接触疲劳极限数据，这是衡量齿轮承载能力的两项基本指标。从表表可以看出，渗氮层的齿轮与渗层深度的渗碳淬火齿轮相比，具有彼此相当甚至略高的承载能力。渗碳淬火齿轮的基本工艺流程为外购锻件正火制齿滚齿及清理渗碳淬火及回火抛丸磨齿。渗氮齿轮的基本工艺流程为外购锻件调质插齿及清理渗氮。这是两种齿轮制造成本的主要组成部分。原材料成本按照目前市场行情，钢材锻件价格为元，即元，而钢材锻件价格为元，即元，后者是前者的两倍。预备热处理成本齿坯正种强化工艺都有各自的局限性和适用范围，其中离子渗氮工艺般只适用于模数以下的齿轮产品。对于更大模数的齿轮，随着其硬化层深度要求的提高，工艺周期会大大延长，其在经济性方面的优势也会越来越不明显。对于些磨齿不便的工件，如蜗杆内齿圈等，只能采用渗氮之类的硬化技术。结语为克服恶劣的运转环境及复杂的受力情况，风电齿轮般采用优质合金钢锻件制造，在齿轮的表面硬化技术中，渗碳处理因其技术的成熟性及随着温度控制碳势控制等配套技术的发展，直是风电齿轮强化的首选工艺，但由于氮化技术，尤其是离子氮化技术所具有的独特优势，近年来在风电齿轮产品上的成功应用实例越来越多。随着脉冲电源和计算机等相关技术的发展，离子渗氮技术越来越成熟，不仅逐步取代落后的气体渗氮工艺，而且在定范围内可以替代气体渗碳工艺。刘忠明风力发电齿轮箱设计制造技术的发展与展望机械传动王济宁齿轮加工工艺质量检测与通用标准规范全书金版电子出版社牛万斌张华武渗碳淬火与离子渗氮齿轮的经火成本为元，而齿坯调质成本为元。制齿工艺成本根据工艺流程与核算标准，对两种齿轮在同等模数齿数条件下的制齿成本进行折算，齿轮滚齿成本约为元，而齿轮的插齿成本约为元。热处理成本根据渗层深度，离子渗氮工艺元，渗碳淬火工艺按磨前深度计为元。此项成本已经考虑了水电气工艺材料人工及设备等因素。抛丸成本元，仅限于渗碳淬火齿轮，而渗氮齿轮则无此项成本。后续加工成本根据对比齿轮的参数以及磨齿工时进行折算，齿轮的此项成本为元，而渗氮齿轮则无此项成本。效果分析经过对以上两种硬化齿轮的各项成本进行汇总，其结果如表所示。从表可以看出，离子渗氮齿轮的成本仅相当于渗碳淬火齿轮的左右，因此，从经济角度来说，离子渗氮齿轮具有相当大的优势。当然，与其他任何技术样，这两提高安装精度，改善润滑条件等，是解决齿面疲劳的根本措施。胶合胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏，导致接触齿面金属融焊而撕落齿面上的金属的现象，很可能是由于润滑条件不好或有干涉引起，适当改善润滑条件和及时排除干涉起因,调整传动件的参数，清除局部载荷集中，可减轻或消除胶合现象。风电齿轮用材的选择风力发电机组运转环境非常恶劣，受力情况复杂，要求所用的材料除了要满足机械强度条件外，还应满足极端温差条件下所具有的材料特性，如抗低温冷脆性冷热温差影响下的尺寸稳定性等等。对齿轮类零件而言，由于其传递动力的作用而要求极为严格的选材和结构设计，般情况下不推荐采用装配式拼装结构或焊接结构，齿轮毛坯只要在锻造条件允许的范围内，都采用轮辐轮缘整体锻件的形式。当齿轮顶圆直径在倍轴径以下时，由于齿轮与轴之间的联接所限，常制成轴齿轮的形式。为了提高承载能力，齿轮般都采用优质合金钢制造。外齿轮推荐采用并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。渗碳目的是为了提高钢件表层的含碳量并在其中形成定的碳含量梯度，经淬火和低温回火后提高工件表面硬度和耐磨性，使心部保持良好的韧性。渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢。按渗碳剂不同分为气体渗碳固体渗碳液体渗碳。常用的是气体渗碳，液体渗碳应用很少。渗氮处理渗氮处理是指在定温度下于定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。其目的是提高工件表面硬度耐磨性疲劳强度和耐蚀性。常用渗氮方法有气体渗氮和离子渗氮。离子渗氮以其渗氮速度快，时间短仅为气体渗氮的渗氮层质量好，脆性小，工件变形小省电，无公害，操作条件好对材料适应性强如碳钢低合金钢合金钢铸铁等均可进行离子渗氮等特点而比较常用。但其对形状复杂或截面相差悬殊的零件，渗氮后很难同时达到相同的硬度和渗氮层深度，设备复杂，操作要求严格。渗碳处理与离子渗氮齿轮的经济性分析对比分析进行对比分析的前提，是两种工艺下的齿轮产品具有彼此相当的承载能等材料。内齿圈按其结构要求，可采用等材料，也可采用与外齿轮相同的材料。采用锻造方法制取毛坯，可获得良好的锻造组织纤维和相应的力学特征。合理的预热处理以及中间和最终热处理工艺，保证了材料的综合机械性能达到设计要求。风电齿轮的化学热处理化学热处理是指将工件置于适当的活性介质中加热保温，使种或几种元素渗入其表层，以改变化学成分组织和性能的热处理工艺。化学热处理的基本过程是活性介质在定温度下通过化学反应进行分解，形成渗入元素的活性原子活性原子被工件表面吸收，即活性原子溶入铁的晶格形成固溶体，或与钢中种元素形成化合物被吸收的活性原子由工件表面逐渐向内部扩散，形成定深度的渗层。其目的是使工件心部具有足够的强度和韧性，而表面具有高的的硬度和耐磨性增大工件的疲劳强度提高工件表面抗蚀性耐热性等性能。作为风电齿轮的终极热处理，目前常用的化学热处理有渗碳处理及渗氮处理等。渗碳处理渗碳处理是将钢件在渗碳介质中加热旦出现故障,将严重影响到风场的经济效益,因此,对齿轮箱的可靠性和工作寿命提出了很高的要求，而零部件用材及制造工艺将对其可靠性和工作寿命产生直接的影响。本文主要讨论齿轮箱的重要零部件齿轮的选材及其化学热处理的选择。齿轮箱结构型式目前，风电齿轮箱主要以水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。下图为两级圆柱齿轮传动齿轮箱的展开图。输入轴大齿轮和中间轴大齿轮都是以平键和过盈配合与轴联接两个从动齿轮都是采用了轴齿轮的结构。风电齿轮常见损伤及分析风电齿轮损伤的影响因素很多，包括选材设计计算加工热处理安装调试润滑和使用维护等。常见的齿轮损伤有齿面损伤和轮齿折断两类。轮齿折断断齿断齿常由细微裂纹逐步扩展而成。根据裂纹扩展的情况和断齿原因，断齿可分为过载折断包括冲击折断疲劳折断以及随机断裂等。过载折断总是由于作用在轮齿上的应力超过其极限应力，导致裂纹迅速扩展，常见的原因有突然冲击超载轴承损坏轴弯曲或较大硬物挤入啮合区等。断齿断口有呈放射状花样的裂纹扩展区，有时断口处有平整的塑性变形，断口副常可拼合。仔细检查可看到材质的缺陷，齿面精度太差，轮齿根部未作精细处理等。疲劳折断发生的根本原因是轮齿在过高的交变应力重复作用下，从危险截面如齿根的疲劳源起始的疲劳裂纹不断扩展，使轮齿剩余截面上的应力超过其极限应力，造成瞬时折断。在疲劳折断的发源处，是贝状纹扩展的出发点并向外辐射。产生的原因是设计载荷估计不足，材料选用不当，齿轮精度过低，热处理裂纹，磨削烧伤，齿根应力集中等等。随机断裂的原因通常是材料缺陷，点蚀剥落或其他应力集中造成的局部应力过大，或较大的硬质异物落入啮合区引起。齿面疲劳齿面疲劳是在过大的接触剪应力和应力循环次数作用下，轮齿表面或其表层下面产生疲劳裂纹并进步扩展而造成的齿面损伤，其表现形式有早期点蚀破坏性点蚀齿面剥落和表面压碎等。特别是破坏性点蚀，常在齿轮啮合线部位出现，并且不断扩展，使齿面严重损伤，磨损加大，最终导致断齿失效。正确进行齿轮强度设计，选择好材质，保证热处理质量，选择合适的精度配合，中机国际工程设计研究院言运强摘要风电齿轮运转环境恶劣，受力情况复杂，故障率较高，其材质和化学热处理的选择对其使用寿命有着重要的影响。本文对风电齿轮的结构形式故障分析常用材料及化学热处理的选择和经济性进行了论述，认为离子渗氮技术将在未来得到更加广泛的应用。关键词风电齿轮齿面损伤轮齿折断化学热处理引言风电增速齿轮箱是风力发电机组的关键部件,它位于叶轮和发电机之间,将叶轮受风力作用旋转而产生的动力传递给发电机发电,同时将叶轮输入的较低转速兆瓦级机组般低于转变为满足发电机所需的转速。因此,风力发电齿轮箱是种受无规律变向载荷的风力作用及强阵风冲击的变载荷条件下工作的低速重载增速齿轮传动装置。风力发电机组般安装在荒郊野外山口海边等风能较大且周围无遮挡物之处,发电机齿轮箱等安装在机组塔架之上狭小的机舱内,距地面几十米甚至百多米高。常年经受酷暑严寒和极端温差的影响,自然环境恶劣,交通不便,修复十分困难,而且故障期般出现在发电的高峰期,齿轮箱力。这里选择常用的渗氮齿轮用钢和渗碳齿轮用钢作为比较的基础，从原材料热处理及相关工序成本进行系统分析。相关数据表明，离子渗氮件比渗碳淬火件的表面耐磨性要高出。表和表分别列出了两种齿轮的弯曲疲劳极限和接触疲劳极限数据，这是衡量齿轮承载能力的两项基本指标。从表表可以看出，渗氮层的齿轮与渗层深度的渗碳淬火齿轮相比，具有彼此相当甚至略高的承载能力。渗碳淬火齿轮的基本工艺流程为外购锻件正火制齿滚齿及清理渗碳淬火及回火抛丸磨齿。渗氮齿轮的基本工艺流程为外购锻件调质插齿及清理渗氮。这是两种齿轮制造成本的主要组成部分。原材料成本按照目前市场行情，钢材锻件价格为元，即元，而钢材锻件价格为元，即元，后者是前者的两倍。预备热处理成本齿坯正并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。渗碳目的是为了提高钢件表层的含碳量并在其中形成定的碳含量梯度，经淬火和低温回火后提高工件表面硬度和耐磨性，使心部保持良好的韧性。渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢。按渗碳剂不同分为气体渗碳固体渗碳液体渗碳。常用的是气体渗碳，液体渗碳应用很少。渗氮处理渗氮处理是指在定温度下