鋼球磨硬齒面減速機設計

成銘 王海艷

【摘要】針對市場需求、我廠磨機配套減速機現(xiàn)狀及動力齒輪裝置發(fā)展趨勢，立足于我廠現(xiàn)有的加工設備，隨著近年滲碳、淬火—磨齒工藝的發(fā)展日臻成熟，齒輪材料用精煉鋼，采用ISO原版公式，合理的角變位設計，經(jīng)過細致反復的計算，自主創(chuàng)新設計了兩種新型硬齒面減速機，為我廠今后的長遠發(fā)展打下了良好基礎。

【關鍵詞】滲碳；淬火；硬齒面減速機

引言

圓柱齒輪在機械產(chǎn)品中應用廣泛，品種、規(guī)格繁多。長期以來，在齒形上以采用漸開線齒形為主。在一般設計中較多采用中碳鋼（或中碳合金鋼）調(diào)質(zhì)處理的齒輪（也稱軟齒面齒輪），很少采用低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火處理的齒輪（也稱硬齒面齒輪）[1]。

在工藝上，對于冶金、礦山、起重運輸、通用等機械中所用的大、中模數(shù)齒輪，一般采用調(diào)質(zhì)處理—滾齒工藝，但近年來，滾齒—滲碳、淬火處理—磨齒工藝逐漸發(fā)展起來[1]。

國際上，動力齒輪裝置正沿著小型化、高速化、標準化方向發(fā)展。為達到齒輪裝置小型化目的，可以提高現(xiàn)有漸開線齒輪的承載能力。各國普遍采用硬齒面技術，提高硬度以縮小裝置的尺寸[1]。

1、鋼球磨減速機現(xiàn)狀

以我廠為例，鋼球磨減速機是我廠長期生產(chǎn)的批量產(chǎn)品，基本上都是1975年以后陸續(xù)設計的圖紙。三十年來，只是隨著標準化的貫徹局部改動外，其設計結(jié)構(gòu)、性能、參數(shù)基本未變，全部為鑄造機體機蓋、粗鋼鑄造大齒輪、粗鋼鍛造軸齒輪，軟齒面8級精度。雖然多數(shù)勉強能達到5—10年的運轉(zhuǎn)壽命，但其間所出現(xiàn)的振動、噪聲、發(fā)熱、滲漏油等缺陷，造成停車維修，在不同程度上影響用戶的經(jīng)濟效益，造成產(chǎn)品聲譽不佳。

2、設計新型硬齒面減速機

無論是現(xiàn)今動力齒輪裝置的發(fā)展趨勢，或是我廠鋼球磨減速機的現(xiàn)狀，從哪一點考慮，設計新型硬齒面減速機都是必須的。

2.1齒輪材料的選擇

齒輪用鋼的發(fā)展趨勢：一是含Cr、Ni、Mo的低合金鋼；二是硼鋼；三是碳氮共滲用鋼；四是易切削鋼。由于我國缺乏Cr、Ni，常用20CrMnTi滲碳鋼或用含硼加稀土鋼。重型機械常用18CrMnNiMo滲碳鋼或中碳合金鋼[1]。在我廠，多年來一直是粗鋼鑄造大齒輪、粗鋼鍛造軸齒輪，材料大多是35CrMo、ZG45Ⅱ、37SiMn2MoV等中碳鋼，經(jīng)熱處理工藝后達到軟齒面8級精度，遠遠落后于當今先進的齒輪技術。所以，為達到設計硬齒面減速機的目的，齒輪材料決定選用20CrMnMo，此材料不僅價格較低，亦符合齒輪用鋼的發(fā)展趨勢。

2.2齒輪熱處理工藝及精煉工藝

2.2.1熱處理工藝

齒輪熱處理工藝一般有滲碳（或碳氮共滲）、氮化、感應淬火、調(diào)質(zhì)等四類。當前總的趨勢是提高齒面硬度，滲碳淬火齒輪的承載能力可比調(diào)質(zhì)齒輪提高2～3倍，可以獲得高的表面硬度、耐磨性、韌性和抗沖擊性能，能提供高的抗電蝕、抗疲勞性能[1]。因此，通過滲碳淬火，然后磨齒，可以達到硬齒面6級精度的目的。

2.2.2精煉工藝

通過以下合理先進的工藝，使齒輪材料為精練鋼，保證其機械性能提高10%～15%：

（1）除P、S有害雜質(zhì)，使其含量≤0.015，以提高其韌性。

（2）除H2、O2，使其真空度≤3ppm，減少白點和砂眼。

（3）除渣，保證材料性能，使其缺陷達Ⅱ級，許用當量φ3.5以下。

2.3設計計算

針對我廠長期系列生產(chǎn)的KH兩種減速機，設計了兩種全新的硬齒面減速機。設計計算時，全部齒輪基本采用合理的角變位設計，使其接觸強度提高15%～30%，此乃先進設計公認的數(shù)據(jù)；齒輪強度公式采用ISO原版公式[2]。下面簡要介紹一下兩種新型硬齒面減速機的設計計算情況：

2.3.1硬齒面減速機設計計算簡要介紹

1、外形尺寸計算

①電動機功率N=1250KW 轉(zhuǎn)數(shù)n=985r/min 傳動比i=6.74 中心距a=800mm

②電動機功率N=1800Kw，轉(zhuǎn)數(shù)n=985r/min 中心距a1=430、a2=650，ī=7.6

因兩種減速機計算原理是相同的，故以第①種減速機為例作介紹

低速軸的強度計算及軸承的選擇計算與高速軸齒輪的計算原理相同，礙于篇幅有限，僅列出滾動軸承的選擇，其它的不能夠一一列出，故略去。

2.3.3小結(jié)

經(jīng)過反復細致的計算，得出上述計算結(jié)果，確定兩種減速機的基本尺寸和軸承型號的選擇。

2.3.4結(jié)構(gòu)形式

①為一級結(jié)構(gòu)減速機，②為二級結(jié)構(gòu)減速機。

共同的結(jié)構(gòu)特點：

1）機體、機蓋均為焊接結(jié)構(gòu)，除端蓋外幾乎沒有鑄件。

2）針對高速軸軸承易發(fā)熱的特點，特別設計了風扇，使其與冷卻水管同時降溫。

3）為大齒輪設計了單獨的小油池，降低油溫，以防因大齒輪攪動油而造成能量損失和溫升。

4）每件軸承均設有油盒，以保證軸承充分潤滑。

5）每種減速機都設計成兩種箱式結(jié)構(gòu)，以方便用戶的選擇。

3、結(jié)論

3.1先進性

我廠原有減速機屬70年代水平，而新型硬齒面減速機采取滲、淬、磨齒，達到硬齒面6級精度，在結(jié)構(gòu)和性能方面均優(yōu)于我廠原有減速機，產(chǎn)品水平已完全達到SEW、弗蘭德等公司產(chǎn)品的同等技術水平。

3.2創(chuàng)新性

此次自主設計的均為硬齒面減速機；針對溫升和滲漏油問題，設計了風扇、小油池和油盒；齒輪材料為精煉鋼，基本全部采用角變位設計；焊接機體、機蓋不僅能降低整機重量，而且也減少了鑄造缺陷，同時美化外觀。我廠原有減速機基本不曾有以上這些設計，而且，按我公司目前的工藝裝備，不需增加任何設備，完全能夠制造。

參考文獻

[1]齒輪手冊編委會.《齒輪手冊》（上）.機械工業(yè)出版社.1990年11月重慶第1版.1-5.

[2]《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組.《機械設計手冊》（中）.化學工業(yè)出版社.1982年10月北京第二版.