程燮豐 徐業(yè)海 湯善杰 黃德金

(桂林禾田建筑機械有限公司,廣西桂林 541001)

格利森弧齒錐齒輪材料、熱處理選擇及裝配調(diào)整

程燮豐 徐業(yè)海 湯善杰 黃德金

(桂林禾田建筑機械有限公司,廣西桂林 541001)

近年來,我國機械工業(yè)得到了快速發(fā)展,尤其是減速機行業(yè)得到長足進步,但良莠不齊,以次充好,卻時有發(fā)生。本文通過對常用減速機用格利森弧齒的材料、熱處理選擇、裝配調(diào)整進行介紹與分析,提供相應方法及措施,為該系列減速機的使用者提供相應檢測手段,方法及參考。

機械工程 格得森弧齒錐齒輪材料選用 熱處理工藝 裝配調(diào)整。

1 格利森齒輪介紹及材料、熱處理方式的選擇

漸開線錐齒輪的齒制達40多種,我國常用的齒制有Gleason、Oerlikon、Kingelnberg三種。其中應用最廣泛也是最常見到的是Gleason(格利森)弧齒錐齒輪。格利森齒制的特點是：(1)使用特點：該齒輪減速機旨在為節(jié)省傳動空間,改變傳動方向,可選傳動比大,傳動平穩(wěn)無沖擊,結(jié)構(gòu)簡單,承載能力強。(2)齒形特點：格利森齒形復雜,齒寬中點螺旋角為35°,齒長方向是一段復雜的產(chǎn)形輪圓弧齒線,齒廓方向為精確的球面漸開線。

齒輪材料及熱處理的選擇是影響齒輪承載能力、使用壽命、齒輪質(zhì)量和成本的主要因素。選擇齒輪材料及熱處理時,要綜合考慮齒輪的工作條件,如：載荷性質(zhì),大小、工作環(huán)境、材料來源、經(jīng)濟性、熱處理工藝等因素。由于格利森齒輪傳動特性的特點,使得齒輪的材料及熱處理多樣化。齒輪強度的計算以齒寬中點的齒輪尺寸為基準,以中點當量圓柱齒輪為計算點,分齒輪齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度：(1)齒輪齒面接觸疲勞強度,此強度考核兩齒輪接觸后齒面抵抗疲勞產(chǎn)生點蝕能力,強度不足時點蝕增加破壞致使齒輪失效;(2)齒根彎曲疲勞強度,此強度考核齒輪輪齒的抵抗沖擊,承載能力及彈性變形破壞的能力,強度不足時導致輪齒斷裂。即齒輪的基本要求就是即要保證有足夠的齒面的強度,硬度,和耐磨性,又要保證齒輪根部有足夠的強度,韌性。根據(jù)上述齒輪分析可見,首先選擇的是在滿足載荷情況下的材料及相應的熱處理,其次就是盡量選擇價格經(jīng)濟又方便獲得的材料,現(xiàn)就格利森錐齒輪常用的材料及熱處理做相關介紹。

(1)調(diào)質(zhì)+高頻淬火：選用中碳鋼。如：45#鋼、40Cr、30CrNi3、40CrNi2Mo等。(2)滲碳淬火：選用低碳合金鋼如：20CrMnTi,17CrNiMo6,20CrNi2Mo等。(3)氮化：選用中、低碳合金鋼如：30CrNi2Mo,38CrMoAl等。(4)碳氮共滲：選用低碳合金鋼如：20CrMnTi,17CrNiMo6,20CrNi2Mo等。

以上齒輪材料及熱處理達到的齒輪特性作如下解析：中碳鋼材料來源廣泛,經(jīng)濟,具有良好的強度和韌性;調(diào)質(zhì)、高頻淬火后齒面硬度高。在滿足承載的情況下盡可能選用。對于承載要求比較高,有沖擊,脈沖載荷的情況下可以選用中、低碳合金鋼及相應的熱處理,可獲得很好的抗點蝕及耐磨損性能。使用氮化工藝的齒輪由于氮化層很薄,不宜使用在沖擊載荷大的條件下。低碳合金鋼可用碳氮共滲,能同時達到滲碳和滲氮的綜合性能,表面硬度更高,抗點蝕效果更好。

2 格利森齒輪的裝配及調(diào)整

對于加工精度及熱處理合格的齒輪副怎樣進行裝配調(diào)整,則是對于齒輪使用壽命及質(zhì)量的最后一個關鍵步驟,裝配好的齒輪必須達到以下幾個方面的要求：(1)運行平穩(wěn),無沖擊,無振動,無卡滯現(xiàn)象。(2)噪音在允許范圍內(nèi)并無異響。(3)齒輪副傳動過程中溫升在要求范圍內(nèi)。(4)負載平穩(wěn),安全,可靠。

從齒輪嚙合的特性出發(fā)來分析格利森齒輪側(cè)隙調(diào)整的過程,首先該齒輪副是裝配在殼體或箱體內(nèi)。對于低速,輕載的齒輪副,主動輪(小齒輪)可為懸臂,而對于重載的齒輪副主動輪兩邊均加相應支承。輕載時,接觸區(qū)會向齒輪大端擴展;滿載時,接觸區(qū)布滿整個齒面大部分,兩齒輪副的分錐及軸線必相交于一點,裝配時只須調(diào)整主動錐齒輪和從動錐齒輪的軸向距離,即可調(diào)整出合理的側(cè)隙。

首先在主動齒輪齒面上涂上側(cè)隙檢測色劑轉(zhuǎn)動兩齒輪副,看色劑附著的位置及范圍,如果范圍均勻,在齒頂下方三分之一處,側(cè)隙在0.2～0.3mm時,為合理位置,可不用調(diào)整側(cè)隙。當加工累計誤差使齒輪副出現(xiàn)(1)無側(cè)隙;(2)側(cè)隙太大時,調(diào)整方法相應有兩種;1)對于無側(cè)隙的齒輪副將會出現(xiàn)色劑附著在主動輪的頂部及從動輪的根部或出現(xiàn)在從動齒輪的頂部及主動輪的根部,這是由于從動齒輪或主動齒輪安裝距軸向調(diào)整過量,使得無側(cè)隙引起的結(jié)果;無側(cè)隙會導致齒輪局部應力集中,磨損加速,甚至斷齒并加速軸承的失效;當無側(cè)隙時,加入相應的墊片以調(diào)整到合適間隙。2)對于側(cè)隙過大的時候?qū)霈F(xiàn)色劑附著在主動輪和被動輪的頂部。這是由于從動輪和主動輪安裝距軸向調(diào)整尺寸不夠引起,側(cè)隙過大時將引起齒輪副運行過程沖擊,異響,瞬時速度不一致。當側(cè)隙過大時,可加工承載主或從動錐齒輪法蘭面,以調(diào)整到合適間隙;此外由齒輪加工及熱處理誤差引起的不良接觸區(qū)如：內(nèi)對角接觸,外對角接觸,大端寬小端窄接觸,大端窄小端寬接觸接觸等等。可增加齒輪研磨的方法加以調(diào)整。

怎么簡單有效檢查側(cè)隙呢？可用千分表指針于被動輪齒面上,固定主動輪,轉(zhuǎn)動被動輪可以測量側(cè)隙。

式中θ——節(jié)錐角;

Δjn——齒輪的側(cè)隙變動量;

α——壓力角;

一般側(cè)隙在0.2～0.3mm較為合理。

齒輪副調(diào)整后接觸區(qū)應達到的效果：(1)接觸區(qū)呈長橢圓形且接觸均勻;(2)占齒長方向的35～50%,在齒面中部偏小端且離邊緣1/5處;(3)占齒高方向的40～60%且在齒頂下方1/3處。

實踐證明此文提供的格利森齒輪材料及熱處理選擇上可行;裝配調(diào)整方法可靠,方便,已在我公司實踐生產(chǎn)中得到運用。

[1]機械設計手冊(新版)第三卷.機械設計手冊編委會編著.北京：機械工業(yè)出版社,2004.8.

[2]機械設計手冊單行本.機械傳動.成大先主編,化學工業(yè)出版社,2002.5.

[3]丁志華,王嘉玲,編著.齒輪公差及其選用.國防工業(yè)出版社,1987.7.

[4]孫殿注,董學朱.真實齒面嚙合分析.機械工程學報,2000,36(8)：98～101.

程燮豐(1977.09-),男,江西余干人,本科,助理工程師,研究方向：建筑機械。