鋼球磨硬齒面減速機(jī)設(shè)計(jì)

楊麗

摘 要：針對(duì)市場(chǎng)需求、我廠磨機(jī)配套減速機(jī)現(xiàn)狀及動(dòng)力齒輪裝置發(fā)展趨勢(shì)，立足于我廠現(xiàn)有的加工設(shè)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(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)細(xì)致反復(fù)的計(jì)算，自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)了兩種新型硬齒面減速機(jī)（F3782.00、F3783.00），為我廠今后的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：滲碳；淬火；硬齒面減速機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD534 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

圓柱齒輪在機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，品種、規(guī)格繁多。長(zhǎng)期以來(lái)，在齒形上以采用漸開(kāi)線齒形為主。在一般設(shè)計(jì)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(chēng)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(chēng)硬齒面齒輪）。

在工藝上，對(duì)于冶金、礦山、起重運(yùn)輸、通用等機(jī)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(lái)，滾齒—滲碳、淬火處理—磨齒工藝逐漸發(fā)展起來(lái)。

1 鋼球磨減速機(jī)現(xiàn)狀

以我廠為例，鋼球磨減速機(jī)是我廠長(zhǎng)期生產(chǎn)的批量產(chǎn)品，基本上都是1975年以后陸續(xù)設(shè)計(jì)的圖紙。三十年來(lái)，只是隨著標(biāo)準(zhǔn)化的貫徹局部改動(dòng)外，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、性能、參數(shù)基本未變，全部為鑄造機(jī)體機(jī)蓋、粗鋼鑄造大齒輪、粗鋼鍛造軸齒輪，軟齒面8級(jí)精度。雖然多數(shù)勉強(qiáng)能達(dá)到5～10年的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命，但其間所出現(xiàn)的振動(dòng)、噪聲、發(fā)熱、滲漏油等缺陷，造成停車(chē)維修，在不同程度上影響用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)效益，造成產(chǎn)品聲譽(yù)不佳。在新建電廠的招標(biāo)會(huì)上，用戶(hù)對(duì)沈重的磨機(jī)比較欣賞，紛紛提出要沈重的磨機(jī)，而減速機(jī)卻要國(guó)外訂貨，退一步也要南高齒廠、川齒廠或天津中美合資廠的減速機(jī)，這就部分地縮小了我們的銷(xiāo)售市場(chǎng)。

2 設(shè)計(jì)新型硬齒面減速機(jī)

無(wú)論是現(xiàn)今動(dòng)力齒輪裝置的發(fā)展趨勢(shì)，或是我廠鋼球磨減速機(jī)的現(xiàn)狀，從哪一點(diǎn)考慮，設(shè)計(jì)新型硬齒面減速機(jī)都是必須的。

2.1 齒輪材料的選擇

齒輪用鋼的發(fā)展趨勢(shì)：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(guó)缺乏Cr、Ni，常用20CrMnTi滲碳鋼或用含硼加稀土鋼。重型機(jī)械常用18CrMnNiMo滲碳鋼或中碳合金鋼。在我廠，多年來(lái)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(dá)到軟齒面8級(jí)精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)今先進(jìn)的齒輪技術(shù)。所以，為達(dá)到設(shè)計(jì)硬齒面減速機(jī)的目的，齒輪材料決定選用20CrMnMo，此材料不僅價(jià)格較低，亦符合齒輪用鋼的發(fā)展趨勢(shì)。

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(yīng)淬火、調(diào)質(zhì)等四類(lèi)。當(dāng)前總的趨勢(shì)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。因此，通過(guò)滲碳淬火，然后磨齒，可以達(dá)到硬齒面6級(jí)精度的目的。

2.2.2 精煉工藝

通過(guò)以下合理先進(jìn)的工藝，使齒輪材料為精練鋼，保證其機(jī)械性能提高10%～15%：

除P、S有害雜質(zhì)，使其含量≤0.015，以提高其韌性。

除H2、O2，使其真空度≤3ppm，減少白點(diǎn)和砂眼。

除渣，保證材料性能，使其缺陷達(dá)Ⅱ級(jí)，許用當(dāng)量φ3.5以下。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

針對(duì)我廠長(zhǎng)期系列生產(chǎn)的KH2724減速機(jī)，設(shè)計(jì)了全新的硬齒面減速機(jī)：F3782.00。

設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，全部齒輪基本采用合理的角變位設(shè)計(jì)，使其接觸強(qiáng)度提高15%～30%，此乃先進(jìn)設(shè)計(jì)公認(rèn)的數(shù)據(jù)；齒輪強(qiáng)度公式采用ISO原版公式。下面簡(jiǎn)要介紹一下新型硬齒面減速機(jī)F3782.00的設(shè)計(jì)計(jì)算情況：

2.3.1 F3782.00硬齒面減速機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)要介紹

（1）外形尺寸計(jì)算

2.3.3 結(jié)構(gòu)形式

F3782.00為一級(jí)結(jié)構(gòu)減速機(jī)，

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）機(jī)體、機(jī)蓋均為焊接結(jié)構(gòu)，除端蓋外幾乎沒(méi)有鑄件。

（2）針對(duì)高速軸軸承易發(fā)熱的特點(diǎn)，特別設(shè)計(jì)了風(fēng)扇，使其與冷卻水管同時(shí)降溫。

（3）為大齒輪設(shè)計(jì)了單獨(dú)的小油池，降低油溫，以防因大齒輪攪動(dòng)油而造成能量損失和溫升。

（4）每件軸承均設(shè)有油盒，以保證軸承充分潤(rùn)滑。

（5）每種減速機(jī)都設(shè)計(jì)成兩種箱式結(jié)構(gòu)，以方便用戶(hù)的選擇。

結(jié)論

（1）創(chuàng)新性

此次自主設(shè)計(jì)的F3782.00和F3783.00均為硬齒面減速機(jī)；針對(duì)溫升和滲漏油問(wèn)題，設(shè)計(jì)了風(fēng)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(shè)計(jì)；焊接機(jī)體、機(jī)蓋不僅能降低整機(jī)重量，而且也減少了鑄造缺陷，同時(shí)美化外觀。我廠原有減速機(jī)基本不曾有以上這些設(shè)計(jì)，而且，按我公司目前的工藝裝備，不需增加任何設(shè)備，完全能夠制造。

（2）意義

新型硬齒面減速機(jī)的設(shè)計(jì)成功，一改我公司幾十年磨機(jī)只選用軟齒面減速機(jī)的歷史，提高了磨機(jī)配套減速機(jī)的技術(shù)水平，也為以后重新設(shè)計(jì)其他磨機(jī)配套減速機(jī)打下一個(gè)良好的開(kāi)端；更重要的是，如果新型硬齒面減速機(jī)能夠投產(chǎn)，不僅會(huì)占領(lǐng)并擴(kuò)大我廠磨機(jī)產(chǎn)品的市場(chǎng)份額，而且占領(lǐng)磨機(jī)國(guó)產(chǎn)化備件市場(chǎng)亦指日可待，經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)相當(dāng)可觀。

參考文獻(xiàn)

[1]齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè)（上）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990：1-5.