鋼球磨硬齒面減速機設計

楊麗

摘 要：針對市場需求、我廠磨機配套減速機現狀及動力齒輪裝置發展趨勢，立足于我廠現有的加工設備，隨著近年滲碳、淬火—磨齒工藝的發展日臻成熟，齒輪材料用精煉鋼，采用ISO原版公式，合理的角變位設計，經過細致反復的計算，自主創新設計了兩種新型硬齒面減速機（F3782.00、F3783.00），為我廠今后的長遠發展打下了良好基礎。

關鍵詞：滲碳；淬火；硬齒面減速機

中圖分類號：TD534 文獻標識碼：A

圓柱齒輪在機械產品中應用廣泛，品種、規格繁多。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）調質處理的齒輪（也稱軟齒面齒輪），很少采用低碳合金鋼經滲碳淬火處理的齒輪（也稱硬齒面齒輪）。

在工藝上，對于冶金、礦山、起重運輸、通用等機械中所用的大、中模數齒輪，一般采用調質處理—滾齒工藝，但近年來，滾齒—滲碳、淬火處理—磨齒工藝逐漸發展起來。

1 鋼球磨減速機現狀

以我廠為例，鋼球磨減速機是我廠長期生產的批量產品，基本上都是1975年以后陸續設計的圖紙。三十年來，只是隨著標準化的貫徹局部改動外，其設計結構、性能、參數基本未變，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。雖然多數勉強能達到5～10年的運轉壽命，但其間所出現的振動、噪聲、發熱、滲漏油等缺陷，造成停車維修，在不同程度上影響用戶的經濟效益，造成產品聲譽不佳。在新建電廠的招標會上，用戶對沈重的磨機比較欣賞，紛紛提出要沈重的磨機，而減速機卻要國外訂貨，退一步也要南高齒廠、川齒廠或天津中美合資廠的減速機，這就部分地縮小了我們的銷售市場。

2 設計新型硬齒面減速機

無論是現今動力齒輪裝置的發展趨勢，或是我廠鋼球磨減速機的現狀，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。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、調質等四類。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質齒輪提高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%：

除P、S有害雜質，使其含量≤0.015，以提高其韌性。

除H2、O2，使其真空度≤3ppm，減少白點和砂眼。

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的KH2724減速機，設計了全新的硬齒面減速機：F3782.00。

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據；齒輪強度公式采用ISO原版公式。下面簡要介紹一下新型硬齒面減速機F3782.00的設計計算情況：

2.3.1 F3782.00硬齒面減速機設計計算簡要介紹

（1）外形尺寸計算

2.3.3 結構形式

F3782.00為一級結構減速機，

主要結構特點：

（1）機體、機蓋均為焊接結構，除端蓋外幾乎沒有鑄件。

（2）針對高速軸軸承易發熱的特點，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構，以方便用戶的選擇。

結論

（1）創新性

此次自主設計的F3782.00和F3783.00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。

（2）意義

新型硬齒面減速機的設計成功，一改我公司幾十年磨機只選用軟齒面減速機的歷史，提高了磨機配套減速機的技術水平，也為以后重新設計其他磨機配套減速機打下一個良好的開端；更重要的是，如果新型硬齒面減速機能夠投產，不僅會占領并擴大我廠磨機產品的市場份額，而且占領磨機國產化備件市場亦指日可待，經濟效益將會相當可觀。

參考文獻

[1]齒輪手冊編委會.齒輪手冊（上）[M].北京：機械工業出版社，1990：1-5.