李學(xué)茹

天津賽象科技股份有限公司，天津 300384

0 引言

鑄造齒輪主要有平幅板、斜幅板、單幅板和雙幅板等主要型號。通常情況下，機械制造行業(yè)對平幅板、斜幅板、單幅板和雙幅板的應(yīng)用情況及適合的場合確定如下:平幅板、斜幅板型式主要適合應(yīng)用于直徑小于0.5m的齒輪；單幅板型式主要適合應(yīng)用于直徑0.5m～1m的齒輪；雙幅板型式主要適用于直徑大于1m的齒輪。

對于直徑大于1m的鑄造齒輪，關(guān)于鑄造齒輪的單幅板或雙幅板型式，主要還是由齒輪的直徑D和寬度B來確定的，其中最重要的參數(shù)是直徑D。

聞邦椿院士領(lǐng)銜主編的《機械設(shè)計手冊》（第5版，2010年1月由機械工業(yè)出版社正式出版中所做的推薦為:單幅板鑄造齒輪適合用于直徑400mm～1000mm的情形，且寬度B小于200mm；雙幅板鑄造齒輪適合用于直徑大于 1000mm的情形，且寬度小于200mm～450mm。

眾所周知，雙幅板齒輪比單幅板的鑄造難度要困難一些，而且成本還要高。在鑄造齒輪生產(chǎn)中，表現(xiàn)出的問題就是雙幅板齒輪比單幅板齒輪的清砂難度系數(shù)加大了很多。當(dāng)各幅板都是雙幅時兩層幅板間的殘砂難以清除干凈。這個問題對開式齒輪傳動情況不是一個問題，而對于閉式齒輪傳動裝置的減速器就變成了一個重要的問題，而且是不易解決的問題。這就是要求開展用于減速器的直徑大于1m且徑寬比大于2的單幅板型式的鑄造齒輪的重要原因。

1 單幅板結(jié)構(gòu)減速器的直徑大于1m鑄造齒輪的設(shè)計思想

1.1 用單幅板替代雙幅板

為了保證整體結(jié)構(gòu)的強度，在幅板厚度選取上，采用了單幅板厚度按雙幅板的兩層厚度的疊加厚度選擇。一般情況下對雙幅板厚度的選取是按照聞邦椿院士推薦數(shù)據(jù)C2=H/5（C2-每層幅板厚度，H-每條輪輻寬度）進行選擇的。

其中H=0.8dh（ dh-齒輪孔徑）。由此可知，C2=H/5=0.16 dh。

當(dāng)我們按照保證整體結(jié)構(gòu)參數(shù)的強度選擇單幅板厚度C1取雙幅板兩層厚度之和時，即有C1=2 ，C2=2×0.16 dh=0.32 dh≈dh/3。這就是說單幅板厚度可取齒輪孔徑的1/3。

1.2 采用八條輪輻

齒輪輪幅一般以六條最為常見，也有利用四條或三條的。齒輪采用八條輪輻，是利用齒輪直徑大于1m的特點設(shè)計出來的，才有了鑄造八條輪輻的位置和空間。八條輪輻的設(shè)計產(chǎn)生了每條輪輻用于支撐齒輪的圓周長度比六條輪輻小的特點。例如當(dāng)齒數(shù)是120時，在六條輪輻設(shè)計的情況下時，每20個齒就要有由一個圓周段支撐；而在八條輪輻設(shè)計的情況下，每15個齒就要由一個圓周段來支撐，這樣就達到了提高外緣齒輪的強度的要求。

1.3 輪輻與輪緣間大圓弧過渡聯(lián)接

減速器大齒輪的齒面寬度范圍，通常在200mm～40mm之間。超過0.5m寬的居少數(shù)。一般將其鑄成雙幅板型式就是保證寬齒面的強度。輪輻與輪緣交界鑄有鑄造圓角作為消除鑄造應(yīng)力的手段。但這只是正常的鑄造工藝采用的鑄造圓角，圓角取值為輪輻厚度之半。

雙幅板支撐輪緣，其間距略小于齒寬。單幅板由于位置居中，就有了使輪輻與輪緣間大圓弧過渡聯(lián)接的空間。也就是說從小鑄造圓角加大為大圓角過渡。這個圓弧半徑至少比鑄造圓角增大三四倍，用來保證外緣較寬齒輪的強度。

圖1 單幅板結(jié)構(gòu)的減速器用鑄造齒輪

2 單幅板結(jié)構(gòu)減速器的直徑大于1m鑄造齒輪的設(shè)計與鑄造

按照上述設(shè)計理念進行了設(shè)計，圖1為減速器用2m直徑鑄造齒輪，采用了單幅板八條輪輻結(jié)構(gòu)型式。該示例齒輪寬度400mm，徑寬比為5。具體實施方式:減速器齒輪的又一結(jié)構(gòu)型式的應(yīng)用，需重新制作鑄造模型。對于既有產(chǎn)品，單幅板型式齒輪與雙幅板齒輪具備互換功能。

3 結(jié)論

在滿足使用要求的情況下，根據(jù)單幅板結(jié)構(gòu)減速器直徑大于1m鑄造齒輪材質(zhì)的特點和工藝性對其主要零部件的結(jié)構(gòu)、材料等進行了設(shè)計改進和選材。對齒輪的工藝性能、經(jīng)濟性等進行優(yōu)化，部件的使用性能和結(jié)構(gòu)進一步完善，保證外緣較寬齒輪的強度。經(jīng)過3年的實際工業(yè)應(yīng)用，表明該單幅板結(jié)構(gòu)減速器直徑大于1m鑄造齒輪的優(yōu)化和改進是科學(xué)合理的。

[1]現(xiàn)代傳動機械手冊編委會.現(xiàn)代傳動機械手冊[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社，2002:481.

[2]齒輪制造手冊編輯委員會.齒輪制造手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1998:128.