硬齿面减速机

关键词： 合金钢 齿面 齿形 齿轮

硬齿面减速机（精选八篇）

硬齿面减速机 篇1

在工艺上, 对于冶金、矿山、起重运输、通用等机械中所用的大、中模数齿轮, 一般采用调质处理—滚齿工艺, 但近年来, 滚齿—渗碳、淬火处理—磨齿工艺逐渐发展起来。

1钢球磨减速机现状

以我厂为例, 钢球磨减速机是我厂长期生产的批量产品, 基本上都是1975年以后陆续设计的图纸。三十年来, 只是随着标准化的贯彻局部改动外, 其设计结构、性能、参数基本未变, 全部为铸造机体机盖、粗钢铸造大齿轮、粗钢锻造轴齿轮, 软齿面8级精度。虽然多数勉强能达到5~10年的运转寿命, 但其间所出现的振动、噪声、发热、渗漏油等缺陷, 造成停车维修, 在不同程度上影响用户的经济效益, 造成产品声誉不佳。在新建电厂的招标会上, 用户对沈重的磨机比较欣赏, 纷纷提出要沈重的磨机, 而减速机却要国外订货, 退一步也要南高齿厂、川齿厂或天津中美合资厂的减速机, 这就部分地缩小了我们的销售市场。

2设计新型硬齿面减速机

无论是现今动力齿轮装置的发展趋势, 或是我厂钢球磨减速机的现状, 从哪一点考虑, 设计新型硬齿面减速机都是必须的。

2.1齿轮材料的选择

齿轮用钢的发展趋势:一是含Cr、Ni、Mo的低合金钢;二是硼钢;三是碳氮共渗用钢;四是易切削钢。由于我国缺乏Cr、Ni, 常用20Cr Mn Ti渗碳钢或用含硼加稀土钢。重型机械常用18Cr Mn Ni Mo渗碳钢或中碳合金钢。在我厂, 多年来一直是粗钢铸造大齿轮、粗钢锻造轴齿轮, 材料大多是35Cr Mo、ZG45Ⅱ、37Si Mn2Mo V等中碳钢, 经热处理工艺后达到软齿面8级精度, 远远落后于当今先进的齿轮技术。所以, 为达到设计硬齿面减速机的目的, 齿轮材料决定选用20Cr Mn Mo, 此材料不仅价格较低, 亦符合齿轮用钢的发展趋势。

2.2齿轮热处理工艺及精炼工艺

2.2.1热处理工艺

齿轮热处理工艺一般有渗碳 (或碳氮共渗) 、氮化、感应淬火、调质等四类。当前总的趋势是提高齿面硬度, 渗碳淬火齿轮的承载能力可比调质齿轮提高2~3倍, 可以获得高的表面硬度、耐磨性、韧性和抗冲击性能, 能提供高的抗电蚀、抗疲劳性能。因此, 通过渗碳淬火, 然后磨齿, 可以达到硬齿面6级精度的目的。

2.2.2精炼工艺

通过以下合理先进的工艺, 使齿轮材料为精练钢, 保证其机械性能提高10%~15%:

除P、S有害杂质, 使其含量≤0.015, 以提高其韧性。

除H2、O2, 使其真空度≤3ppm, 减少白点和砂眼。

除渣, 保证材料性能, 使其缺陷达Ⅱ级, 许用当量φ3.5以下。

2.3设计计算

针对我厂长期系列生产的KH2724减速机, 设计了全新的硬齿面减速机:F3782.00。

设计计算时, 全部齿轮基本采用合理的角变位设计, 使其接触强度提高15%~30%, 此乃先进设计公认的数据;齿轮强度公式采用ISO原版公式。下面简要介绍一下新型硬齿面减速机F3782.00的设计计算情况:

2.3.1 F3782.00硬齿面减速机设计计算简要介绍

(1) 外形尺寸计算

电动机功率N=1250k W;转数n=985r/min;传动比i=6.74;中心距a=800mm。

取β=11°, cosβ=cos11°=0.981627183分径:

接下来是顶径、根径等外形尺寸的计算, 此处略。下面是强度计算。

(2) 齿轮的强度计算

接触强度:

疲劳极限:

安全系数:

弯曲应力计算:

计算应力:

疲劳强度:

安全系数:

弯曲强度具有较高的可靠性。

3轴的强度计算及轴承的选择计算

高速轴齿轮:β=11°

圆周力产生的支反力:

径向力产生的支反力:

轴向力产生的支反力:

合成支反力:

弯矩:MjwⅡ=R·a·K1·K2·Kσ=6642×26.5×1.2×1.2×2.6=6.5899×105kgf·cm

扭矩:

合成力矩:

滚动轴承的选择:

轴承代号:

低速轴的强度计算及轴承的选择计算与高速轴齿轮的计算原理相同, 碍于篇幅有限, 仅列出滚动轴承的选择, 其它的不能够一一列出, 故略去。

滚动轴承的选择:

轴承代号:24148cc/w33;240×400×160;C=2100k N。

2.3.3结构形式

F3782.00为一级结构减速机,

主要结构特点:

(1) 机体、机盖均为焊接结构, 除端盖外几乎没有铸件。

(2) 针对高速轴轴承易发热的特点, 特别设计了风扇, 使其与冷却水管同时降温。

(3) 为大齿轮设计了单独的小油池, 降低油温, 以防因大齿轮搅动油而造成能量损失和温升。

(4) 每件轴承均设有油盒, 以保证轴承充分润滑。

(5) 每种减速机都设计成两种箱式结构, 以方便用户的选择。

结论

(1) 创新性

此次自主设计的F3782.00和F3783.00均为硬齿面减速机;针对温升和渗漏油问题, 设计了风扇、小油池和油盒;齿轮材料为精炼钢, 基本全部采用角变位设计;焊接机体、机盖不仅能降低整机重量, 而且也减少了铸造缺陷, 同时美化外观。我厂原有减速机基本不曾有以上这些设计, 而且, 按我公司目前的工艺装备, 不需增加任何设备, 完全能够制造。

(2) 意义

新型硬齿面减速机的设计成功, 一改我公司几十年磨机只选用软齿面减速机的历史, 提高了磨机配套减速机的技术水平, 也为以后重新设计其他磨机配套减速机打下一个良好的开端;更重要的是, 如果新型硬齿面减速机能够投产, 不仅会占领并扩大我厂磨机产品的市场份额, 而且占领磨机国产化备件市场亦指日可待, 经济效益将会相当可观。

摘要：针对市场需求、我厂磨机配套减速机现状及动力齿轮装置发展趋势, 立足于我厂现有的加工设备, 随着近年渗碳、淬火—磨齿工艺的发展日臻成熟, 齿轮材料用精炼钢, 采用ISO原版公式, 合理的角变位设计, 经过细致反复的计算, 自主创新设计了两种新型硬齿面减速机 (F3782.00、F3783.00) , 为我厂今后的长远发展打下了良好基础。

关键词：渗碳,淬火,硬齿面减速机

参考文献

硬齿面齿轮 篇2

表面淬火(如高、中频或火焰淬火)的淬硬层与非淬硬层过渡界面明显，硬度的分布剃度太大，同时淬硬质量不均匀，齿根淬硬困难，易生成表面裂纹，齿面硬度较低(HRC55左右)所以应用也逐渐减少。

深层渗碳、淬火磨削的高精度硬齿面齿轮，精度高、表面硬度高(HRC58+4)，齿面硬化层均匀等多方面的优点，特别适用于低速重载齿轮传动。它表面硬度高，接触强度比调质齿轮成倍增长，而弯曲强度比调质齿轮约增加50%以上。所以FALK、(LUS)、费兰特公司、雪铁龙-梅西安-杜朗公司等全部采用深层渗碳-淬火-磨齿齿轮。高精度硬齿面齿轮代表了工业用，船用齿轮传动装置的发展方向。

重庆齿轮箱有限责任公司，从建厂开始，由于其服务性质决定其跟踪世界先进技术，采用合金结构钢制造渗碳-淬火-磨齿的高精度硬齿面齿轮。长期的实际应用证明，齿轮的耐磨性可以与轴承滚动面媲美，无需担心齿面磨损和锈蚀，在弯曲强度上也留有很大余地。

(二)、齿轮强度计算

公司引进了齿轮的设计计算程序，并与上海交大、重庆大学等合作开发，可按GB3480-83、AGMA、ISO、DIN、ZC、ABS、GL、Lioyd′s等标准和规范对齿轮强度进行计算。

为了提高齿轮的承载能力，利用计算机对齿轮的几何参数和变位系数，进行优化设计。由于表面硬化技术的采用，齿轮承载能力得到提高，LUS通过多年生产实践认为：对于齿轮齿面应力的计算，对小型齿轮，用赫兹应力公式还可以，它基于齿面接触区的最大表面压缩。而对于大模数、大直径的齿轮、用赫兹公式计算齿面压应力强度，则不能真实反映齿轮的实际受力情况。因为随着模数的增大，齿高和齿轮当时接触半径增大，应力的危险点已不在齿轮硬化层的表面层，而是在内部的某一个深度。例如：中心距A=1000(mm)，I=3的齿轮箱的大齿轮，应力危险齿面以下应力分布及其强度计算的研究，提出了“三向应力理论“：齿面以下受三向单个应力组成的合成应力作用，应用主延伸假设得到包括齿面应力在内的齿截面的应力分布曲线。能确切地反映齿面啮合时的应力状态。

计算齿根应力，主要考虑轮齿啮合时的弯曲强度、压缩应力、剪应力、齿轮热处理效应及装配时产生的内应力。

用计算机对齿面齿根合成应力的计算，综合考虑接触强度和弯曲疲劳强度，确定齿轮的几何参数、材料、许用疲劳强度及齿轮的硬度曲线和齿面的硬化层深度。

(三)、材料的选择

为了提高齿轮的弯曲强度，我们选用国产优质合金钢。这些材料经LUS与西德材料进行同炉处理对比试验。结果证明其机械性能、淬硬性、硬化层金相组织、硬度、碳势层深度分布等性能略高于罗曼现用相应材料的性能。

利用国产材料，按我公司标准齿形(原引进的LUSI15)加工，采用现行热处理工艺渗碳淬火并磨齿制造的试验齿轮，与711所、上海交大合作，在国产CL-100型齿轮试验机上进行接触疲劳强度试验。参试齿轮精度6HK(JB179-83)，试验验证工作在GB3480-83规定的标准条件下进行，按升降法，测定材料的疲劳极限，通过试验，推荐设计选用值为1450-1550N/ ，国际标准化组织ISO268文推荐渗淬硬齿轮材料接触疲劳强度极限框图范围在1300-1650kg/ ，我公司试验齿轮材料在ISO268推荐框图的中上限。

试验时，齿轮单位齿宽、单位模数上的圆周力为171。62N/ ，齿轮接触强度K系数为156kg/cm ，经5×107次循环，所有被试齿轮均未发生断齿和点蚀现象。

公司与哈尔滨船舶工程学院合作对渗碳齿轮材料及工艺进行优选试验研究，对国内常用的六种材料进行碳含量沿层深分布、硬度沿层深的分布及有效硬化层深、渗层和心部组织、常规力学性能、断裂韧性、静弯性能、弯曲疲劳性能、接触疲劳性质、耐磨性、工艺性、晶粒长大规律及组织遗传、高温回火温度对调质组织和性能的影响等十八项专题研究，编制了公司对不同材质的不同的热处理工艺规程和规范确保热处理质量。

(四)、采用气体渗碳

在表面硬化方法中，氮化由于硬化层薄而限制了齿轮的承载能力。高频淬火又很难得到理想的硬化层分布，对大模数齿轮淬火时，齿轮淬硬深度太浅或没有淬火造成应力分布不均匀而降低了齿轮弯曲强度。

气体渗碳淬火，可以得到所需要的硬化层，热处理后具有较理想的残余应力。用最新技术可准确地控制碳势而获得最佳硬度值，从而提高齿轮的接触强度和弯曲强度，是制造大型重载齿轮的一种好的表面处理方法。为此，我厂从西德迪高沙公司引进了GSRU190×250型渗碳炉。从日本中外炉株社引进了￠3000的渗碳炉。

该炉用氧探头或红外线CO2气体分析仪两种测定炉气碳势，通过微处理机和模拟计算机两套独立的自动控制系统对热处理过程进行适时控制，碳势控制偏差±0.05%。与该炉配套使用硝盐淬火，可稳定淬火介质温度，减少工件变形，提高工件淬透性。采用公法线千分尺型硬度检验仪检验齿顶到齿根的硬度，其硬度差很小。

经渗碳淬火后的齿轮MSF-2M型X射线应力分析仪上用侧倾法，X-20法测定齿面，齿根表面的残余奥氏体含量。齿根残余压应力在490-588 N/ 范围内，国家标准中推荐的齿根弯曲持续极限为400-440 N/ ，大大提高了弯曲疲劳强度，残余奥氏体含量在5.8-20%范围内。

(五)、高精度齿轮

齿轮精度的选择原则是工作线速度、要求的承载能力和公司设备的可能。对硬齿面齿轮，经磨削后的齿轮精度一般选6级精度。线速度特别高时选4-5级，对振动、噪音有特别要求时，目前最高可达3级精度。

硬齿面齿轮模数增大后，或调质齿轮直径增大后，如不提高齿轮精度，则模数，直径增大带来的强度的提高将被动负荷的增大所抵消。这点以前的国内调质齿轮传动装置在水泥、冶金行业中的使用发生失效的经验和教训可以证明提高齿轮加工精度的必要。

为了保证齿轮的加工精度和国际先进标准的贯彻执行，本公司先后MAAG系列磨齿机、ZST0.31m~2.5m磨齿机，Hoefler4000mm和NOVA1000CNC高精度磨齿机可加工直径4000，模数32mm，最高齿轮精度达到DIN3级的齿轮。高精度的设备靠高精度的检测仪调校，为此，公司配备了MAAGSP-60，德国可林贝尔格大型齿轮检查仪，Hoefler公司的TPF40/1000，EVTM/MAC2T齿轮检查仪，Leits公司GMM303010型门式三坐标测量机，可检测齿轮直径4000mm，精度DIN3级精度，图七为测量曲线。

齿轮直径增大后，热处理后由于工件容积效应，齿面从齿顶到齿根各部位硬度不均，最大硬度差达20HB。为对齿轮制造质量严格控制，从德国引进齿面硬度检查仪，对大模数的大型齿轮用硝盐淬火，提高工件的淬透性。

齿顶、齿向修整

轮齿是一个弹性体，工作受力后不可避免地要发生弯曲变形。虽然啮合结束后恢复原状，但啮合时的变形会发生基节误差那样的影响，使下一对齿的齿顶和齿根发生干涉，能产生很大的冲击而引起啮合噪音。

表面渗碳淬火齿轮的许用K系数约为调质齿轮的4-5倍。轮齿变形的影响，比调质齿轮大得多。为了避免啮合冲击，改善齿面润滑状态，降低啮合噪音，需对齿轮的齿顶和齿向进行修整。起修整量是根据齿轮负荷计算齿轮变形量，齿轮轴的`弯曲，扭转变形量后确定的。对高承载能力的高硬度齿面的渗碳淬火齿轮，齿顶、齿向修整技术是保证产品性能不可缺少的必要条件。

我公司已建立了自己的齿顶、齿向修形计算标准和计算程序，并成功的用NiIES、MAAG、Hoefier及国产磨齿机对我厂生产的各种齿轮，其中包括按西欧、日本和美国设计的图纸生产的齿轮进行了修正。

(六)、变位系数的选择

当采用带触角滚刀切齿时，变位系数的选择十分重要，标准中心距和变位系数过大，通常都不适用于带触角滚刀深切齿，因为它将导致齿根部分严重的渐开线偏切。另外，为有利于提高齿轮副的承载能力，发挥物尽其能的作用，不采用变位齿轮，实际上是一种无形的浪费。

公司生产的所有齿轮都是变位齿轮，首先根据几何条件计算出大、小齿轮变位系数之和，并由计算机按公司设定的分配原则进行分配，保证齿轮副的最佳性能。

(七)、齿轮箱的安装找正

齿轮箱能否安全可靠地工作，除了正确地选材，先进合理的设计、高精的制造、组装、全面的性能检测保证外，正确地安装找正是保证齿轮箱长寿命，安全可靠工作的重要环节，公司的齿轮箱在交货时，我们将向用户提供一份安装找正规范。该规范内容包括在齿轮箱使用说明书中，对较大型号的特种齿轮传动装置，工厂将单独提供找正规范。

齿轮箱的找正规范是集LUS多年经验，并根据VD2725标准制定。起目的是为正常情况下原动机、齿轮箱、工作机械在所有运转状态下(而不是在安装时)互相联结的轴应准确地同心，平稳地工作。因此找正时，必须根据下列三种曲线修正轴心位移。

1、齿轮箱轴心(输入、输出轴)位移的全负荷温度特性曲线。

2、原动机轴心位移的全负荷温度特性曲线。

3、工作机械轴心位移的全负荷温度特性曲线。

计算绘制齿轮箱轴心位移的全负荷温度特性曲线时，将考虑到下列因素的影响。

齿轮箱机座的热膨胀;

齿轮箱壳体的热膨胀;

齿轮箱轴的热膨胀;

运转时齿轮箱机座的弹性变形;

运转时齿轮箱壳体的弹性变形;

运转时轴承间隙、齿轮啮合力和油膜引起的轴心位置的变动。

法兰的端面跳动、径向跳动。

原动机、工作机械的影响。

这里所讲的“找正”是一个过程，并不等于“对中”，“对中”是一个状态。找正规范中我们规定了严格找正方法，按规范找正，可保证齿轮箱长寿命、安全可靠地工作。自80年签订许可证协议以来，我公司已设计制造多种型号的永进-船用齿轮箱。在国防、航运中应用日益广泛。

硬齿面减速机 篇3

关键词：齿轮；加工工艺；应用

传统的方式在磨削加工硬齿轮方面不但只有较低的生产效率，而且需要耗费较高的加工成本，此外，其还需要较高的加工技术，且操作也比较繁杂。在当今技术不断进步的形势下，人们逐渐开始利用滚齿机上的硬质合金刮削滚刀来对硬齿面齿轮实施滚切加工，这种加工方式只需要较低的加工成本，而且可以达到较高的生产效率，同时其经济型也较高，所以，其在加工齿轮的过程中已经得到了普遍应用。

一、硬齿面齿轮的加工工艺

（一）分析硬齿面刮削加工工艺的特性

1、只需较低的加工成本，且具有较长的使用壽命。使用这个加工工艺来加工大齿轮时，其会存在较强的抗冲击力与承载力，因此，其在工作期间无需成本较高的磨齿机就能达到质量较高的表面需求，同时还可以大齿轮的使用寿命实现有效地延长，并使维修成本以及加工制作成本实现有效地减少，从而使经济效益实现提升。2、具有较高的经济性和高效性。这个工艺的制作加工是在滚齿机上进行的，无需对新的工装设备与机床设备等进行开发，因此，其效率性与经济性都较高。然而利用这个工艺在加工滚齿的过程中应当特别注意必须保留相应的加工余地给磨削齿面，而且必须确保在加工之后齿轮的深度和硬度必须与设计规定相符合[1]。3、具有较高的工作效率。与以往磨齿的加工工艺相比，刮削硬齿面加工工艺的工作效率要相对较高。加工滚齿主要是用于加工中硬齿面与软齿面，使用硬齿面刮削加工工艺可以使齿轮表面的完整性实现提升，同时其使用设备只需较少的投资且具有较好的加工柔性等，在进行加工的过程中仅仅只需确保工艺流程的科学性，以及对相关的刀具与机床加以配置就可完成整个工作，这可以使硬齿面齿轮加工工艺的工作效率实现有效地提升。

（二）分析切削加工工艺

1、热处理齿轮的工艺。热处理齿轮与刮削加工齿轮密切相关，都会极大地制约着生产齿轮的质量。在热处理齿轮的过程中，应当将火候加以准确地控制好，倘若火候太大，则会增加齿轮的变形量，从而延长切削的齿轮时间，进而降低齿轮表面的强度。倘若在此过程中使用高频淬火技术则能够使刮削的粗糙度满足生产硬面齿轮的需求，同时可以更好地对碳化物的级别加以把控。在进行热加工期间，通常碳化钨的级别应当低于五级，倘若碳化钨的级别过高，则会增大齿轮的脆性，从而使齿轮的使用质量受到影响。在进行热加工的过程中，通常加热的温度应当确保在850—870℃范围内，通常是采用等温淬火的办法来对齿轮实施加热处理。此种加热方式可以齿轮实现更加均匀地受热，对提升后期齿轮的刮削质量也是非常有帮助的。2、规范切削用量。（1）进给量。倘若在刮削加工硬质合金的过程中采用的进给量越大，那么齿轮的磨损就能实现有效地减少，因为滚齿的效率是随着进给量的增加而提升的[2]。在实施精滚加工的过程中应当确保选取适当的进给量，倘若进给量选取得过低，那么就会导致切削过程中发生过重挤压的情况，那样不但会使切削的时间变长，同时还会使刀具的耐用度变低。（2）对规范切削速度进行分析。在切削硬齿轮的工艺中切削速度会因工件的硬度而受到极大影响，倘若工件的硬度逐渐增加，则也必须相应地增加切削温度与切削力度，可是这样就会使刀具的耐用度变低。为了保证刀具的耐用度，可以选用减小切削速度的方法来刀具的使用寿命实现延长。（3）对规范切削深度进行分析。通常硬齿轮的切削深度是在热加工齿轮之后再实施的，在每个过程都必须进行两次刮削，切削深度必须严格控制在0.25-0.30mm范围内。在进行切削加工期间，倘若切削的深度过小，则会致使刃口出现挤压现象，不利于实施切削，并且会加大刀刃的磨损程度，从而致使刀片受到损坏等。（4）切削方法。在加工硬齿面齿轮的过程中，切削的作用力、切削的形状、切削的位置都与切削的方法密切相关，在具体的加工过程中对齿轮实施刮削斜加工时，通常会采取异向逆铣的切削方法，此种切削方法就会出现较大的刀刃切入角，从而使齿面的切入变得更加的坚实，并提升刀齿的耐用度，进而使切齿的精度实现提升。

二、减速机中硬齿面齿轮的使用

在减速机齿轮箱中，通常是选用低碳合金钢来当作齿轮的常用材料，低碳合金钢属于渗碳钢[3]，而渗碳钢有诸多的优势：第一，其只有较小的过热敏感性。在特定的温度条件下对其进行长时间的加热处理，其依旧能够保持细晶粒形态，且其只有较小的过热敏感性，即使直接对其进行淬火处理，也不会使机械的性能变低。第二，其具有良好的淬透性。渗碳钢的淬透性非常好，这样能够使减速机心部在经过淬火处理之后获得良好的强度与韧性。此外，淬透性凭借冷却介质功能，能够使渗碳零件不容易出现开裂或变形的现象，进而减速机的质量和硬度实现提升。第三，对于碳，其具有较强的接受能力。由于渗碳用钢对于碳拥有较强的接受能力，所以，减速机的表面可吸纳许多的碳，且能够实现快速的渗透。此外，减速机所吸纳的碳的浓度梯度十分平缓，并且减速机表面分布的碳化物的大小与形状都十分均匀，这在一定程度上也能够提升渗碳钢的韧性、强度以及硬度，进而使减速机对于碳的承受强度实现有效地提升。

三、结语

在当今工业快速发展的形势下，加工各类机械设备齿轮的技术也得到了快速的提升，如何更好地使加工齿轮的技术变得更为简单，同时又必须降低加工成本并提升经济效益，这是当下探究齿轮加工工艺的主要方向。应用热处理工艺以及切削工艺来对硬齿面齿轮进行加工，不但可以提升齿轮的运转速度以及承载能力，同时还能使其使用寿命得以有效的延长，这是当下一种较好的加工齿轮的技术，应当在工业生产中广泛采用这种加工齿轮的技术。

参考文献：

[1]陈肇田，黄天铭.精密硬齿面齿轮梳齿过程的数学模拟[J].重庆大学学报（自然科学版）.1993（01）

[2]陈举华，徐楠，安艳秋.42CrMo材料硬齿面齿轮全寿命试验及数据分析[J].机械传动.2005（05）.

硬齿面齿轮在减速机中的运用研究 篇4

高碳钢具有高硬度和良好的耐磨性能,但脆性大,冲击韧性低;低碳钢具有优良的可塑性和韧性,但硬度不高、耐磨性能低。如果通过淬火和低温回火,这2种钢在性能上的差别会更加明显。减速机内的齿轮既要具有较高的硬度和表面耐磨性,又要求心部具有良好的韧性和塑性,因此可以选择具有良好韧性和塑性的低碳合金钢作为心部材料,再通过热处理使它具有高碳钢的高硬度和良好的耐磨性能。文章针对如何提高耙斗装岩机绞车减速机齿轮的寿命进行研究。

2 绞车的结构和功能

绞车结构如图1所示,主要由减速机、电机、制动器、工作滚筒、空程滚筒、辅助刹车等部件组成。绞车上的2个卷筒可储存钢丝绳,能分别操纵。电动机经减速器传动2套行星轮系的中心轮,2个卷筒以轴承支承在轴上,各与其行星齿轮传动的系杆连接在一起。每个行星轮系的内齿圈外有带式制动闸。耙斗装岩机工作时,电动机和中心轮始终转动,而工作滚筒和空程卷筒是否转动则视制动闸是否闸住相应的内齿圈而定。内齿圈的制动闸放松,中心轮经行星轮带动内齿圈空转,而杆系和卷筒不转动。当内齿圈被抱死时,迫使杆系和卷筒转动,其转动方向和中心轮转动方向相同。若要某个卷筒卷绳时,则将相应的内齿圈抱死。

注：1——减速机;2——电机;3——制动器;4——工作滚筒;5——空程滚筒;6——辅助刹车。

3 齿轮材料的选择

3.1 减速机齿轮箱齿轮的受力分析

减速机齿轮箱中,其输入轴承受电机轴传来的轴向力、扭矩。中间轴上的齿轮承受输入端传来的力矩和输出端刹车时传来的刹车力矩。输出轴上的齿轮承受中间轴传来的扭矩,同时也承受输出端刹车时传来的刹车力矩。

3.2 减速机齿轮箱齿轮的常用材料及其性能分析

减速机齿轮箱中,齿轮的常用材料为低碳合金钢,例如20CrMnTi、20CrMnMo、17CrNiMo6等材料,它们的力学分析见表1。

齿轮材料为渗碳钢,渗碳用钢的性能要求如下。

(1)接受碳的能力要强,表面能吸收足够量的碳;渗速快;碳浓度梯度平缓;残余奥氏体量适当;碳化物的块状、数量、大小和分布均匀,以保证渗层有足够的硬度、强度和韧性。

(2)过热敏感性要小,在渗碳温度下长时间加热时,奥氏体仍能保持细晶粒状态,以便实现直接淬火,并防止淬火后因马氏体晶粒粗大而使机械性能变差。

(3)要有足够的淬透性,以保证心部在淬火后具有较高的屈服强度和韧性;此外,可以采用缓和的冷却介质,使渗碳零件变形和开裂的可能性大大降低。

(4)低碳合金钢中不允许有严重的带状组织,不允许有粗大的夹杂物和裂纹,特别是在渗碳层表面上更应如此。

4 齿轮零件的热处理工艺

减速机的齿轮、齿轮轴等的材料一般常用20CrMnTi,这些齿轮在工作中受到表面接触应力、弯曲应力及冲击负荷的强烈作用,其表面必须具有高硬度和良好的耐磨性,以及较高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,心部应具有良好的塑性和韧性。

20CrMnTi齿轮加工工艺流程为:下料—锻造—正火—机加工—清洗—渗碳—淬火一回火—喷丸—清洗—检验一包装。其热处理工艺如图2所示。

齿轮毛坯经过锻造后,先进行正火处理,目的是消除锻造应力、细化晶粒,改善钢的机械切削加工性能,保证齿形合格。正火后的硬度为HB170～210,切削加工性能良好。

齿轮的渗碳温度为920℃左右,渗碳层厚度为1.2～1.8 mm,渗碳时间为7 h。自渗碳温度预冷到860～840℃直接油淬。预冷的目的是减小淬火时残留奥氏体和淬火后的变形程度。在预冷过程中渗碳层要析出部分碳化物,但预冷温度不能降至830℃以下,否则心部有铁素体析出。预冷淬火后表层为针状马氏体+残留奥氏体+碳化物,心部组织为低碳马氏体和允许少量铁素体。淬火后经200℃低温回火2～3h后,其表面具有高强度和韧度,渗碳和回火前需清洗,回火后抛丸30～40 min,以提高其表面的疲劳强度。

淬火是为了齿轮表面转变为马氏体组织,淬火后经低温回火,得到回火马氏体组织,降低脆性,减少内应力,可以获得高的表面硬度、耐磨性,而心部仍保持低碳所具有的良好塑性和韧性。喷丸作为最后一道工序,是为了清除钢件表面的铁锈、氧化皮,降低齿轮的表面粗糙度值,降低钢件的应力集中,在其表面形成有利的残余压应力,减少机械加工的缺陷,提高表面对塑性变形和断裂的抵抗能力。

渗碳只能改变零件表面的化学成分,使表层具有高碳钢(对碳钢而言)或高碳合金钢(对合金钢而言)的正火或退火后所得的组织和性能。因而,其硬度、耐磨、抗疲劳等性能都很低。只有通过渗碳后的热处理,才能使表层和心部的组织和性能发生根本的变化,使它具有表层高硬度、高耐磨,使心部具有高强度和高韧性的特点。

渗碳后的热处理目的主要有以下几个方面。

(1)获得高硬度(HRC58-63)和耐磨性能高的渗层表面。

(2)消除网状渗碳体和调整残余奥氏体的数量和分布。

(3)细化晶粒,提高强度和韧性。

(4)消除内应力,稳定尺寸。

5 硬齿面齿轮的特点及运行应注意事项

众所周知,齿轮的强度设计是从润滑条件的齿面压力和齿根强度2个方面进行考虑。随着技术的发展和计算机的广泛应用,世界传动技术的发展趋于采用硬齿面。据统计,硬齿面齿轮的采用使机器的重量变轻、体积变小,质量不断提高,工作速度也提高了一个等级。例如,高速线材轧机的轧制速度从过去的30 m/s以下提高到90～120 m/s。采用硬齿面齿轮传动使传动装置的体积变小。下面以一某轧机主减速机为例进行比较(见表2)。

硬齿面中氮化硬齿面,由于氮化层深度很浅,不适合做低速重载齿轮传动,而且使用氮化工艺成本较高,所以很少采用。

表面淬火(如高、中频或火焰淬火)的淬硬层与非淬硬层过渡界面明显,硬度的分布梯度太大,同时淬硬质量不均匀,齿根淬硬困难,易生成表面裂纹,齿面硬度较低(HRC55左右),因此对该技术的应用也逐年减少。

深层渗碳、淬火磨削的高精度硬齿面齿轮,具有精度高、表面硬度高(HRC58+4),齿面硬化层均匀等优点,特别适用于低速重载齿轮传动。它表面硬度高,接触强度比调质齿轮高几倍,而弯曲强度比调质齿轮高50%以上。因此,FALK、(LUS)、费兰特公司等全部采用深层渗碳—淬火一磨齿齿轮。高精度硬齿面齿轮代表了工业用齿轮传动装置的发展方向。

6 结论

随着硬齿面齿轮制造技术的不断发展,硬齿面齿轮将在机械电力、冶金等更多的工业领域得到广泛应用,为我国的工业快速发展作出更大的贡献。

参考文献

[1]王万智.钢的渗碳[M].北京:机械工业出版社,1985.

[2]李炳文.矿山机械[M].北京:中国矿业大学出版社,2007.

浅析硬齿面刮削加工技术 篇5

关键词：齿轮,硬齿面,高效

前言

随着机床、刀具等机械工业综合技术的发展, 对齿轮的承载能力、效率、噪声、寿命等方面提出了更高的要求。硬质合金滚刀的出现突破了长期以来磨齿是硬齿面齿形精加工唯一有效的工艺方法, 它具有不需专用设备、效率高、成本低等一系列优点。它的出现是硬齿制造技术中的一项重大革新。我们在对硬齿面齿轮精加工方面, 经过摸索研究, 实际使用, 以刮代磨, 取得了成效。

1 硬齿面刮削的加工特点

淬硬齿轮热处理前已由前序滚刀切出全齿形, 因而刮削滚刀只对齿轮的齿形部分作微量切削, 容易磨损的刀齿顶刃部分不参与切削, 只有侧刃参与切削。由于是从硬度很高的齿表切去薄薄的一层金属, 滚刀左、右侧的切削刃同时啮合的齿数是变化的, 很难保证刀齿左、右切削面的切削量一致。切削力 (尤其是沿滚刀轴向的分力) 的周期性波动极易引起滚齿机的振动、让刀打滑等, 导致滚刀急剧磨损甚至崩刃。

2 硬质合金滚刀的切削特性

目前国内外一般采用大负前角的硬质合金滚刀加工淬硬齿轮, 与高速钢相比硬质合金刀具有明显的高硬度和耐磨性, 因此可以用来加工高速钢刀具难以胜任的高硬度材料 (40~65HRC) , 但是硬质合金刀具韧度较低, 对于断续切削的滚削加工更显不足, 崩刃成为使用上的严重障碍。因而采用径向负前角的特殊设计结构形式是硬齿面加工用硬质合金滚刀的基本特性:刀齿的径向负前角使侧切削刃获得了相应的负刃倾角, 切齿时侧切削刃先在齿根部开始切削, 然后逐渐向颈部扩展, 形成一种斜角切削过程, 从而在工件齿面上平稳地刮下一薄层金属。由于切削过程具有刮削的特性, 因此这种滚刀也称作刮削滚刀。径向负前角滚刀侧刃所形成的斜角切削过程, 对于降低切削力、切削振动和切削温度起到一定的作用。

3 切削参数及切削液的选择

切削参数与其它切削加工方法一样, 硬齿面刮削在确定进给速度和进给量时也要综合考虑多种因素, 尽可能优化加工。需要考虑的主要因素包括:机床的刚性、工件所要求的精度、齿坯预处理情况、工件夹具及机床的状况等。

a.切削速度:一般为40~140m/min。它取决于机床运转条件、工件硬度和模数。高速滚齿时的表面粗糙度值较小, 但是, 切削速度提高后, 滚齿机振动加剧, 容易损伤滚刀刀刃, 因此, 一般齿轮硬度很高时用低速, 不太高时用高速, 这样滚刀的磨损比较小。推荐切削速度见表1。

b.轴向进给量:一般为1~5mm/r。工件硬度越均匀, 滚齿机的刚性越好, 进给量可以越大。进给量越大, 滚刀磨损越小。为延长滚刀寿命, 应选用较大的进给量而不是较小的进给量。但进给量大时进给波纹也较大, 所以一般只有在后续磨削加工工序时才使用尽可能大的进给量, 以延长滚刀寿命。它可通过下面公式来确定:

滚刀每转轴向进给量=cosb· (4d·D/sina) 1/2, mm

式中b-齿轮螺旋角

d-齿轮节圆处允许的进给波纹深度, mm

a-齿轮压力角

D-滚刀外径, mm

c.切削厚度:根据刮削余量确定。淬硬齿轮的单侧齿面刮削余量一般为0.3~0.6mm。可一次切除, 但过大的切削用量将降低刀具的耐用度。推荐值见表2。

d.刮削方式:机床蜗轮副存在间隙时, 采用顺刮比逆刮要好, 可消除间隙带来的振动和误差, 减小崩刃。

切削液的选择。硬齿面刮削可采用干式切削。如果采用湿式切削, 则所用切削油必须为低粘度切削油, 因为硬齿面刮削使用切削油的主要目的是冷却而不是润滑。若使用高粘度油, 工件与滚刀就会发生让刀打滑, 引起滚刀崩刃。用作冷却剂的油在40℃时粘度应在10~20cst。含钼添加剂的低粘度油比较适于硬齿面刮削。

4 滚刀的重新刃磨

滚刀加工一定数量的工件后, 其切削刃变钝, 此时必须重新刃磨。刃磨后的滚刀必须保持原有的几何形状, 切削刃必须锋利, 刀具的金相结构绝不可因磨削过热而受破坏, 因而在刃磨硬质合金滚刀时应采用一种油基冷却液, 它对氯和硫不起反应。对于刮削滚刀, 刃磨后的重新涂层并不象用于实体毛坯硬滚的滚刀那样重要。硬质合金滚刀刃磨后涂层前, 建议对其刃口进行预处理。

5 对滚齿机的要求

为了充分发挥硬质合金滚刀的优点, 滚齿机应作相应地改进。目前所有先进的滚齿机都按高速滚齿进行设计, 其滚齿机的滚刀转速超过3000r/min, 通常为5000r/min, 工件主轴转速与滚刀转速相匹配。此外, 机床具有很高的动刚度和热刚度。先进滚齿机的一些主要设计特点为:采用复合环氧树脂床身, 以改进机床的动态和静态特性;带有恒温装置的高速滚刀主轴箱、高速工件主轴, 可采用干、湿二种滚削工艺;带光电传感器的数字驱动系统、直线滚动导轨系统;高速自动上料, 占地紧凑, 按人机工程学设计, 维修方便。

6 防止崩刃措施

滚齿是一种用有限刃断续包络齿面的切齿方法, 因此, 齿面粗糙度、棱度及切削振动等限制了滚齿的加工质量, 对于硬齿面刮削来说, 由于断续切削及切削振动等又产生了刀具崩刃, 为消减振动、降低齿面粗糙度、减少刀具崩刃率, 可使用专为硬齿面刮削设计的消振器, 该消振器装于滚刀刀杆上, 作为刀杆的一部分。实践表明, 此种装置能有效减少硬质合金刮刀的崩刃率, 并对齿面粗糙度有所改善, 减少对强力高刚度滚齿机的需求, 节约设备投资 (每台机床约50万元) , 又可在一定程度上代替昂贵的磨齿, 这点对于大直径硬齿轮尤显重要。

7 齿形精度的保证

造成齿形精度难以进一步提高的原因主要有两个方面, 一是滚齿机的稳定性和传动刚度差, 二是制造高精度硬质合金滚刀存在一定的困难, 特别是大负前角的滚刀, 在重磨后齿形变化很大, 为此, 需要对滚刀的结构和参数进行精心设计和计算, 对重磨后的齿形精度进行分析, 并提出改进措施。

8 结束语

实践表明, 硬齿面刮削工艺具有优越性, 现已成为一种应用广泛的硬齿面刮削加工方法, 在一定程度上减轻了磨齿的压力。由于有刚性更好的机床和优质的硬质合金刀具材料并加以涂层处理, 使淬硬滚切成为一种行之有效的加工方法。从工厂的实际应用结果表明, 硬齿面刮削加工工艺具有广阔的应用前景

参考文献

[1]冯道.机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册 (第五篇) , 机械零件铣削加工工艺[S].安徽:安徽文化出版社.

硬齿面齿轮珩齿刀制造新工艺分析 篇6

珩齿刀是一种重要的齿轮刀具, 它的设计非常复杂的, 在制造工艺时面对最主要的问题是切削刃超硬材料CBN与复合镀层的结合力及等高性问题[1]。

1 硬齿面齿轮的加工技术

目前对于硬齿面齿轮的加工方法主要有硬齿面剃齿、硬齿面精车齿、硬齿面精滚以及外啮合和内啮合珩齿等。普通的珩齿刀是采用普通磨料和树脂或者橡胶等有机结合剂浇注而成的, 弹性比较好, 但是它对齿轮的修正能力不是很强, 而且耐磨性比较差, 寿命一般比较短。在钢质基体上用超硬材料CBN与金属结合剂制造成的齿轮工具的耐磨性能好, 对齿轮修正能力强, 所以近年来在国内外的应用是比较广泛的[2]。电镀CBN珩齿刀的制作工艺与传统珩齿刀的制作工艺大体上是一致的, 只是一般采取立方氮化硼 (CBN) 磨料来代替金刚石磨料, 可以有效地降低磨削的温度提高磨削的效率。

2 电镀CBN工艺

电镀CBN制造珩齿刀的工艺过程为基体制备———除油———水洗———活化———水洗———预镀底———上砂———卸砂———加厚镀———水洗———干燥———热扩散———检验。其中关键的步骤为CBN的选择以及表面处理、制定规范的电镀工艺、配置电镀液、对基体的机械加工、镀前表面处理以及施镀等。

2.1 CBN的表面处理

在电镀前一定要对CBN材料表面进行净化处理以及亲水化处理, 才能使磨料颗粒在镀层中可以牢固地结合。对于超硬的材料, 一定要把材料中的各种杂质以及油污都处理干净, 可以通过酸处理以及碱处理来达到这一目的, CBN会与碱发生反应, 不能直接用碱进行处理, 可以把稀硝酸煮沸30 min来进行清洗。颗粒的表面最好要粗糙, 看起来凹凸不平的最好, 可以使颗粒与镀层更好地结合在一起, 可以通过专门的表面处理来使颗粒变得更加粗糙。

2.2 基体机械加工及镀前表面处理

镀件的基体采用45钢, 根据工艺中设计的珩齿刀的参数来进行基体的加工。因为在真空热扩散过程中的热处理变形, 对内孔以及齿面会留有磨削的余量。在进行热处理后, 可以以基体的齿形来定位磨削内孔, 又以被磨内孔来定位磨削齿形, 在进行修正的时候用内孔作为基准磨削的修正齿状。镀前表面处理主要有除油、浸蚀以及改变工件的表面状态。

2.3 置砂方法

置砂就是把单个的磨粒分布结合到镀件表面, 主要包括外镀法和内镀法两种。外镀法是直接在基体的表面镀上一层超硬的磨砂, 制作的工艺比较简单, 如果对修正的要求比较低时, 还具有低成本的优点, 但是精度比较差。内镀法就是先制作一个和珩齿刀的形状相反的模具, 这个模具的作用是可以保证电镀时磨粒按照要求的形状进行精准定位, 使得磨粒的高度可以一致。这种方法的制作工艺比较复杂, 对设备的要求比较高, 成本比较高, 但是非常耐用且精确。

3 电镀CBN过程中的问题及应对措施

在电镀CBN工艺中CBN分散不均是一个常见的制造缺陷, 主要因为在上砂时对电流的密度选择不合理, 密度太小的话会使得低凹处上砂困难, 电流太大的话又会出现析氢针孔, 所以要选择正确的电流密度。镀层脱落也是我们在制造过程中常见的一种问题, 导致这个问题出现的原因主要是对于基本的除油不彻底以及镀层的含氢量增多, 所以我们在制造过程中可以运用基体电化学进行处理达到去油目的, 在电镀后采取析氢处理使得镀层含氢量减少防止镀层的脱落。对于镀层有针孔出现的情况主要是由于电镀过程中电镀液的PH值过高, 我们可以采取在电镀液中加入适量的酸来调节PH, 另一个原因是电镀液的有机物分解物太多导致的, 为了避免这种情况, 我们可以对电镀液进行过滤减少有机物的分解物。如果镀层出现局部有结瘤的情况或者磨粒埋深不均匀的现象很有可能是电镀过程运用的电场分布不均导致的, 所以在电镀时可以采取对偶电极和摆动电极来使电场分布均匀;电镀液的发散性较差也会导致镀层局部结瘤, 所以对电镀液可以通过调整添加剂的比例来增加电镀液的发散性;电镀液中有固体悬浮液的存在也会导致这一现象, 同样可以通过过滤电镀液来应对;对于电镀前的处理要加强防止出现尖角以及毛刺的出现[3]。

4 结语

运用珩齿刀加工的齿轮可以保证齿面的完好性, 在加工后, 很大程度上修正了齿轮的误差, 而且它的成本比较低, 所以珩齿工艺是加工硬齿面齿轮的一种比较有效的方法。采用复合电镀法可以有效地降低磨削温度提高磨削效率。

摘要：在齿轮的制造过程中珩齿的加工工艺得到了广泛的运用, 对珩齿刀的制造方法又以电镀方法最为常见, 通常情况下是采用外镀法电镀CBN来制造硬齿面齿轮珩齿刀的, 主要介绍复合电镀工艺技术制造硬齿面齿轮珩齿刀。

关键词：硬齿面,齿轮珩齿刀,制造新工艺,分析

参考文献

[1]王秦生.超硬材料电镀制品[M].北京:中国标准出版社, 2010.

[2]吕明, 马红民, 徐增伦.硬齿面齿轮珩齿刀制造新工艺的研究[J].金刚石与磨料磨具工具, 2013, 42 (35) :46-47.

硬齿面减速机 篇7

在当下工作模块中, 产品设计水平的测试需要进行机械产品的全寿命模块的设计, 这样进行产品设计水平的衡量。通过对工程分析模块的优化, 更有利于进行现代设计莫的分析, 保证产品的结构可靠性的分析。这就需要进行虚拟设计思想的优化, 更好的进行机械产品的结构可靠性的设计。这需要进行工程分析软件的应用, 更好的优化计算机的产品样机模块, 保证应力的优化分布, 进行疲劳寿命模块的分析, 保证其整体可靠性的设计优化, 进行可靠性设计水平的提升。

在当下工作模块中, 进行国外先进软件的试验数据的分析是必要的, 这需要进行硬齿面齿轮的弯曲疲劳情况的试验及其资料模块的优化, 更好的进行齿轮结构可靠性的分析。保证其虚拟零部件的疲劳工作模块的控制。这需要应用到各种成熟的样本几何造型, 保证各种系统的设计及其优化, 更好的满足当下工作的需要。这需要注重各个工作环节的细节性工作, 保证产品零部件结构的分析, 进行整体结构可靠性的提升, 积极做好相关的虚拟疲劳设计工作, 保证构造产品虚拟样机的控制, 进行相关样机几何造型的分析, 进行相关CAD软件的应用, 保证各种系统仿真模块的开展, 进行多体运动学、动力学软件等的应用, 从而提升其应用效益。

在当下工作模块中, 进行通用有限元工程的分析是必要的, 从而进行相关软件的剖析, 保证产品结构的应力分析, 进行疲劳寿命测试模块及其寿命分析功能的分析, 这需要进行多种常见软件的分析及其剖析, 更好的满足样机的工作需要。从而解决现实问题。适应当下样机运动、疲劳分析工作的需要, 保证相关工作模块的应用, 进行虚拟环境的融入, 保证疲劳分析工作及其动力学工作的开展。

在现阶段工作模块中, 进行疲劳寿命预测方法的分析是必要的, 这需要进行断裂力学理论的剖析, 进行疲劳裂纹扩展寿命方法的分析, 保证经典的疲劳寿命预测方法的优化, 从而进行构件总寿命的预测优化控制, 更好的满足当下工作的需要。是以材料或零部件的疲劳寿命曲线为基础的。该方法可以考虑构件表面加工和表面处理对其疲劳寿命的影响, 也可以考虑构件焊缝的疲劳寿命, 适用于低应力高周疲劳问题。

在当下工作模块中, 局部应变寿命法都是比较常见的方法, 其也是一种裂纹萌生法, 这种方法适合于预测构件的裂纹萌生寿命, 其需要进行材料的记忆特性的分析, 进行载荷循环顺序的分析, 更好的进行寿命估算结果的控制, 从而满足实际工作的需要。这可能需要应用到各种现实的裂纹萌生工作模块, 保证应变寿命法的优化。从而更好的进行数值模拟断裂模块的分析, 以满足当下工作模块的需要。这需要金钱局部应变寿命法的应用, 进行裂纹萌生法的控制, 保证预测构件的工作模块的优化。这需要进行材料的记忆特性的分析, 进行荷载循环顺序的控制, 满足当下寿命估算工作的需要, 更有利于进行实际情况的接近, 进行低疲劳问题的适应, 这需要进行断裂力学理论的疲劳裂纹模块的分析, 进行寿命扩展模块的优化, 保证预测构件体系的健全, 进行模拟材料微观结构变形模块的分析, 提升其应用效益。

2 硬齿面齿轮弯曲疲劳试验方案的分析

在当下工作模块中, 进行硬齿面齿轮弯曲疲劳试验模块的优化是必要的。这就需要进行某些材质的弯曲疲劳可靠性全寿命试验的分析, 比如进行INSTRON1603型号的电磁谐振疲劳试验设备的应用, 进行不同试验下的各种轮齿寿命大样本的试验分析, 更好的进行应用模块的分析, 保证硬齿面齿轮定寿命模块的分析, 积极做好相关的试验。进行42Cr Mo硬齿面齿轮的结构可靠性虚拟疲劳设计和试验, 得到了虚拟试验的各应力水平下疲劳寿命数据, 即S-N曲线。

三维CAD软件也是必要的, 这需要进行零部件虚拟几何造型设计模块的优化, 从而保证其足够的精确性。一般那来说, 在42CrMo硬齿面齿轮设计过程中, 其需要进行渐开线模块的应用, 从而进行几何造型的虚拟设计, 从而保证零部件的整体精准性, 更有利于当下工作模块的优化。为从齿轮的造型机理开始就严格遵循渐开线齿面生成和加工机理, 应用三维虚拟造型软件MDI公司的ADAMS能在几何形体上展成曲面和使曲面扭曲变形的功能, 开发出以法平面标准渐开线齿形为基准的斜齿模拟加工过程。

载荷谱的应用, 更有利于进行有限寿命的设计, 这就需要进行荷载普变化情况的掌握, 进行寿命设计的优化, 这就需要进行载荷谱的现场数据采集模块的优化, 更好的进行数据的处理及其统计。这需要进行现场荷载时间的随机性的控制, 更好的应用到现场各种因素, 比如进行开关信号、电磁干扰模块等的分析, 保证当下工作的需要。会造成原始信号记录失真, 出现伪信号。齿轮结构所承受的疲劳载荷, 实际上是一连续的随机过程, 借助动力学分析软件Adams平台, 可直接给出机械构件在整个装置工作过程中的疲劳载荷谱F-t曲线, 以此作为理论分析和结构可靠性虚拟疲劳设计的基础。

在当下工作模块中, 进行轮齿的有限元模型的分析是必要的, 这需要进行网格划分的分析, 更好的进行模型单元的分析, 进行节点总数的分析, 只有这样才能保证单元的生成, 更好的进行计算精度的提升。有限元计算中, 齿轮材料的弹性模量为4.6×107MPa, 波松比为0.3。由有限元法 (FEM) 分析计算出随机动载荷谱下轮齿在啮合过程中最大动应力齿轮的位置、数值及周期。

在断裂力学的应用过程中, 更有利于进行裂纹的分析, 这需要进行疲劳强度的计算优化。积极做好相关的失效凭据模块, 保证裂纹的扩展需要, 更好的进行疲劳断裂的控制, 这需要进行应力强度因子幅度的控制, 进行裂纹扩展应力循环次数的分析, 进行疲劳寿命的应用, 保证其相关模块的优化, 进行应力强度因子的控制, 保证其综合效益的提升。

在产品的全寿命概率分布过程中, 进行大样本的试验是必要的, 这就需要进行复杂机电系统的分析, 进行期限内的无故障全寿命的设计, 保证其良好的经济价值性, 从而满足未来产品的设计应用需要。这就需要进行全寿命设计体系的健全, 保证机电产品设计水平的提升。只有攻克使零部件全寿命试验与环境相容这一难题, 才能更好地发挥全寿命设计对国民经济发展的促进作用, 迅速把我国的可靠性设计水平提高到主动可靠性设计的国际前沿水平。

3 结束语

通过对新型的试验模块的优化, 更有利于进行疲劳设计体系的健全, 保证结构的可靠性方案的优化, 更有利于进行零部件的应力寿命的提升, 进行应力寿命曲线的提供, 进行零部件的应力分布模块的分析, 做好相关的设计工作, 进行不合理寿命分布曲线的分析。通过对机械零部件结构可靠性的分析, 更有利于进行疲劳寿命大样本的剖析。供可靠性分析设计使用, 以此缩短开发周期, 降低开发成本。

摘要：为了满足现阶段硬齿面齿轮结构可靠性的工作需要, 进行疲劳设计模块的优化是必要的。这需要进行虚拟疲劳设计软件模块及其疲劳寿命预测模块的优化。从而针对断裂力学理论进行虚拟疲劳预测方法的分析。这需要应用到硬齿面加工模块的相关知识, 更好的进行疲劳疲劳谱的分析, 进行齿轮应力寿命曲线的剖析。

硬齿面减速机 篇8

(1) 滚刀材料

硬齿面滚齿加工的特点是:工件硬度高、切削过程断续和切削层很薄, 在切削过程中, 刀具承受着较大冲击载荷、较高的切削温度和强烈的摩擦, 因此, 对刀具切削部分材料的冲击韧性的要求就很高。通过试验, 推荐采用我国国产牌号YT14, 该材料具有较高的耐磨性, 再添加碳化锂等高温碳化物来提高刀片的冲击性和耐磨性, 以获得良好的切削性能。

(2) 滚刀的热处理及镀层

滚刀的热处理采用盐浴炉等温淬火, 盐浴炉分级等温及真空淬火等方式。淬火范式的改进使刀具的硬度稳定的控制在一个合理的范围内。滚到表面采用镀Ti N、Ti ALN和镀碳复合纳米材料, 是滚刀的耐用度大幅度提高。

(3) 滚刀的结构形式

目前, 世界各国所设计的硬质合金滚刀, 其结构主要有3种:整体式、机夹式、焊接式。

整体式硬质合金滚刀

其特点是刚性强机械加工省时, 可做到较高精度。但受整体压型工艺限制, 目前只能做到外径85㎜的滚刀, 且损耗昂贵的硬质合金较多, 成本高, 只宜做模数m=3㎜以下的滚刀。

机夹式硬质合金滚刀

机夹式结构比较复杂, 夹紧可靠性也较差, 特别是在加工大模数淬硬齿轮时, 齿面的挤压力较大, 且交变作用显著, 因此对刀片的夹紧要求较高。我国韶关工具厂生产的硬质合金滚刀就是此类结构。这种结构可用于前角g=0°~-30° (此处需要对照原文) 的各类中模数 (m1—6) 硬质合金滚刀, 切削效果很好。

焊接式硬质合金滚刀

其特点是结构简单, 联接强度高, 而且硬质合金刀片烧结容易, 材料节省, 应用较广泛。但由于焊接应力引起的裂纹一直是产品质量不稳定的因素, 因此需要较高的焊接技术, 近年来日本对此问题解决较好, 并已在生产中应用。我国重庆、汉江等工具厂采用这种结构。

(4) 滚刀前角

由于硬质合金的冲击韧性较差, 因此, 在硬质面滚齿时, 极易产生崩刃, 崩刃是硬质合金滚刀要解决的主要问题。为此, 设计滚刀时, 采用大负前角的特殊形式。

确定前角时要考虑两点:

·刀具刃磨后齿形精度的保持性;

·提高刀齿抗崩刃的能力, 降低刀刃磨损。

负前角的大小将直接影响刀具刃磨后齿形精度的保持性以及抗崩刃的能力。负前角越大, 精度保持性越差, 但负前角过小, 则刀具的抗崩刃能力越小。

从理论上分析, 随着硬质合金滚刀负前角的增大, 滚刀侧刀刃倾角增大, 使滚刀刀齿平稳地切入金属层, 从而减小了冲击, 保护硬质合金刀齿不致崩刃, 耐用度明显提高。国内外的试验和使用情况也得到同样的结论。但是, 负前角值越大, 要保证滚刀的齿形精度就越困难。根据被加工齿轮的齿面硬度, 前角推荐值如上表所示。

(5) 滚刀前面偏位值的修正

直槽滚刀重磨后, 习惯上规定前面偏位值不变, 认为这样能保证其齿形精度。但从理论上来讲是不符合的。近年来使用的直槽前角硬质合金滚刀也证明了这一点。随着滚刀重磨量的增加, 被滚切轮齿的渐开线误差, 在齿顶处逐渐朝负向偏差, 通过理论分析和试验, 发现在重磨时改变前面偏位值能保证直槽滚刀刃磨后的齿形精度, 从而提高滚刀的使用寿命。总之, 使刃磨后的前角增大, 才能保证刃磨后的齿形精度。

(6) 滚刀基本尺寸的确定

滚刀的基本尺寸指的是滚刀的外径、孔径和长度等要根据滚刀的规格、用途、结构形式和机床条件等因素来确定。

A滚刀的外径和孔径

减小直径的利处:克服变载荷引起的振动, 进而提高滚刀与齿轮的速度, 缩短切入切出时间, 增加滚刀两次刃磨的间隔等问题。

减小直径的弊处:将引起滚刀螺旋升角增大, 会导致滚刀的造型误差变大, 精度下降。

大直径的滚刀, 因其具有较大的内孔, 有较好的刚性, 应在实际设计中优先考虑。

B滚刀的长度

滚刀的最小长度应满足以下要求:

·滚刀应有充分的“窜刀”长度

·滚刀能完整的包络出被加工齿轮的全部齿形

·滚刀端头的刀齿载荷不应过重。

二、硬齿面滚齿工艺

随着机械工业的不断发展, 齿轮的应用越来越广泛, 对传动系统和变速系统中齿轮精度和机械性能的要求越来越高, 越来越多的齿轮传动采用承载能力大, 抗点蚀性能好的硬齿面齿轮。国外发达国家的工业齿轮, 经表面淬火和整体淬火硬度在350HBS以上的硬齿面几乎已完全取代硬度低于350HBS的软齿面。我国自80年代以来, 开始推广硬齿面齿轮的应用。

硬齿面滚齿加工的工艺路线如下:

(1) 普通精度齿轮 (7-9级) :滚齿→淬火→硬齿面半精滚,

(2) 衍齿齿轮 (6-7级) :滚齿→淬火→硬齿面半精滚→衍齿;

(3) 磨齿齿轮 (3-6级) :滚齿→淬火→硬齿面半精滚→磨齿。

影响齿形精度的原因主要有两个方面:

一是滚齿机的稳定性和传动刚度差;

二是制造高精度硬质合金滚刀存在一定的困难, 大负前角的滚刀在重磨后齿形变化很大。为此, 需要对滚刀的结构和参数进行精心设计和计算, 对重磨后的齿形精度进行分析, 并提出改进措施。

滚齿作为齿形加工中最常用、生产率较高的一种加工方法。不仅应用于齿形加工, 也可用于精加工。但是在滚齿的加工过程中, 由于工艺系统在制造、安装和调整中会不可避免地存在误差, 这些误差影响传递运动的准确性、传动平稳性和载荷分布的均匀性。

因此, 在设计硬质合金滚刀时, 为满足其使用要求, 对设计时的材料、形状和规格要求也是非常严格的, 滚齿齿面缺陷及齿面粗糙度达不到设计要求, 也会引起齿轮传动时发生噪音, 加剧齿面的磨损, 从而降低使用寿命。合理的设计刀具, 能有效的提高刀具的强度和使用寿命, 合理的调整参数, 具有重要的使用价值。随着科学不断进步, 新型高效率的刀具将会取得新的研究成果。

摘要：随着工业技术水平的提高, 滚齿技术得到了很大的发展, 采用硬质合金滚刀对硬齿面进行加工, 革新了传统的硬齿面精加工工艺。对于高精度的磨齿齿轮来说, 硬齿面滚齿能用很高的效率代替粗磨工序, 切除齿轮的热处理变形, 留下小而均匀的余量进行精磨, 提高了磨齿效率。对于衍齿齿轮来说, 在衍齿前安排硬齿面滚齿, 可以切除热处理变形, 达到必要的精度, 再进行衍齿加工, 以充分发挥衍齿工艺光整加工的特长, 弥补滚齿加工的不足。对于普通精度的淬硬齿轮来说, 可以用硬质合金滚刀直接进行精滚加工, 以保证齿轮加工精度, 是一种不可取代的齿轮加工技术。

关键词：硬质合金滚道,设计,工艺

参考文献

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