齿轮联轴器是煤矿用刮板输送机设备中的关键零件，是输送机传动部中将动力从减速器传递到链轮的一个重要部件。齿轮联轴器的作用一是传递扭矩；二是脱开时可进行分度，使主动轴与被动轴的传递产生相位角。为了改善齿的接触条件，提高齿轮联轴器的承载能力，增大两轴的许用相对角位移，外齿采用鼓形齿。
鼓形齿轮联轴器在高速、重载机械上得到广泛应用，具有无轴向窜动、传动平衡、冲击振动和噪声小的特点，但加工工艺过程比较复杂，原热处理花键采用氮化处理，技术要求为氮化硬度550~650HV，渗层深度0.4~0.6mm，为了提高生产效率，降低生产成本，在保证产品质量的前提下，对齿轮联轴器进行了感应加热淬火处理。
1.试验材料及方法
（1）试验对象 选用图1所示结构齿轮联轴器，技术要求为齿部硬度46~53HRC，淬硬层深度＞1mm。
图1 齿轮联轴器结构
（2）试验工艺 ①试验所使用的设备：此次试验选用数控立式淬火
机床，设备参数变压器淬火移动速度1~10mm/s，工件旋转速度0~100r/min无级变速，电源电压3~380V，频率50Hz，使用内花键感应器结构如图2所示，外鼓形齿采用常规结构，即加热圈与喷水圈分开。②内花键、外鼓形齿淬火工艺参数：感应器与工件之间间隙均匀，采用扫描淬火方法，加热频率7~10kHz，功率80~120kW。
图2 内花键感应器结构
2．试验结果与分析
（1）淬火后工件表面硬度 使用便携式里氏硬度计，对工件随机各抽测3个齿齿顶硬度，结果如图3所示。
图3 齿轮联轴器淬火后齿顶表面硬度
从检测结果来看，工件淬火后内花键、外鼓形齿硬度均符合技术要求，对内花键、外鼓形齿进行了裂纹检测，未发现裂纹。
（2）变形情况 对感应淬火处理后齿轮联轴器内花键、外鼓形齿进行变形检测，内花键检测方法为从上至下检测3点，结果如图4所示。外鼓形齿检测方法为检测齿中间部位，结果如图5所示。
图4 内花键淬火变形量
图5 外鼓形齿淬火变形量
从检测结果来看，内花键变形规律为内孔收缩，收缩量在0.25~0.35mm，且齿上端收缩量大，变形大的主要原因是内花键部位壁薄，为了使淬硬层深度达到技术要求，加热时进行了预热处理，所以变形较大，但整体较均匀，按照经验在插齿前将变形量预留，感应加热淬火后尺寸符合图样技术要求；外鼓形齿变行规律为胀大0.04~0.06mm，变形较小，符合图样技术要求。
（3）淬硬层深度的检测 图6为齿轮联轴器感应淬火后采用4%硝酸酒精溶液进行浸蚀后宏观图片，左边为外鼓形齿，右边为内花键，对腐蚀黑色区域进行硬度检测，其中齿顶采用洛氏硬度计检测硬度，检测距齿顶5mm处硬度为52.5HRC，检测轮廓分界线靠近淬火区域部位硬度为40.9HRC，说明黑色部位为淬硬区域。对于外鼓形齿，整个齿部位基本淬透，对于内花键，因模数较大，齿部位未淬透。为了更加精确的测量齿根部位的有效硬化层深度，对齿根部位按照GB/T5617-2005钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定方法进行检测，结果如图7所示。从图7分析得出，齿根部位内花键有效硬化层深度为1.25mm，外鼓形齿有效硬化层深度为1.18mm，均满足技术要求。
图6 齿轮联轴器感应加热淬火后宏观图片
图7 齿根部位显微硬度趋势
（4）金相组织的检验感应淬火组织按照JB/T9204-2008钢件感应淬火金相检验标准方法进行检验，基体组织按GB/T13320-2007《钢质模锻件金相组织评级图及评定方法》进行检验。金相组织如图8、图9所示。图8淬火部位组织评定级别为5级，属于细马氏体，组织级别符合标准要求。图9为回火索氏体组织级别为1级，是调质处理后的正常组织。
图8 淬硬层部位金相组织
图9 基体组织
3.结语
（1）对齿轮联轴器采用感应加热淬火工艺代替原氮化工艺方法可行，感应加热淬火后硬度、有效硬化层深度、变形满足图样技术要求，金相组织符合JB/T9204-2008钢件感应淬火金相检验标准要求。
（2）与原氮化工艺相比，生产周期缩短60h，生产效率提高30%，每件生产成本降低300元。
