楊建忠

(重慶賽迪工程咨詢有限公司設(shè)備工程部 重慶 400013)

0 前言

國(guó)內(nèi)制造的φ720 mm無縫鋼管軋制成套設(shè)備，其穿孔機(jī)主減速機(jī)采用了雙分流式均載設(shè)計(jì)，由一個(gè)輸入軸分別帶動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立的下級(jí)齒輪傳動(dòng)鏈，再由兩個(gè)獨(dú)立的下級(jí)齒輪傳動(dòng)鏈共同驅(qū)動(dòng)輸出端大齒輪，主要通過上傳動(dòng)鏈的齒圈與輪轂之間互相機(jī)械式轉(zhuǎn)動(dòng)，來調(diào)整上下傳動(dòng)鏈齒側(cè)間隙使其一致，雙分流結(jié)構(gòu)使齒輪箱總重量大大下降，齒輪箱內(nèi)鍛件重量，尺寸減小，齒輪箱整體尺寸緊湊。分流式穿孔機(jī)主減速機(jī)構(gòu)的齒輪、齒軸模數(shù)大，輸出端模數(shù)M=36;工件尺寸大，長(zhǎng)5 312 mm×寬2 510 mm×高4 425 mm;重量大，該減速機(jī)總重176 t;且配合過盈量大，傳遞力矩大，最大承載扭矩4 900 kN·m。

本文介紹主減速機(jī)在加工和裝配過程中的關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，解決加工過程中出現(xiàn)的諸多問題。

1 加工工藝

1.1 齒輪及齒輪軸加工

大型人字齒輪軸熱處理前進(jìn)行預(yù)處理;大螺旋角磨齒滾齒角度進(jìn)行預(yù)修正，齒面滾齒預(yù)留磨齒余量在常規(guī)基礎(chǔ)上增加0.2～0.3倍;磨齒時(shí)為滿足使用及裝配調(diào)整要求，磨齒機(jī)余量分配之后，探頭自動(dòng)對(duì)中，砂輪根據(jù)退刀槽對(duì)中位置，左右旋向行程一致的情況下進(jìn)行磨齒，嚴(yán)格保證人字齒輪左右旋向公法線偏差控制在0.01～0.02 mm以內(nèi);增加軸端熱處理起吊孔，制定合理的熱處理加工余量，減小熱處理的變形量;適量增加人字齒軸兩齒部中間退刀位置軸頸余量，增強(qiáng)整個(gè)齒軸抗彎曲變形能。

為了使齒的接觸集中到齒寬的中央部分，而且不引起齒接觸面積的減小，對(duì)齒輪沿齒線方向進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?當(dāng)齒輪齒面受外力產(chǎn)生變形時(shí)，為避免和與之嚙合的齒輪產(chǎn)生干涉，降低沖擊和噪聲，延長(zhǎng)齒輪壽命，對(duì)齒輪的齒頂進(jìn)行適當(dāng)?shù)男蘧墸瑢X頂?shù)凝X形切削成比正確的漸開曲線略呈凸形。

齒圈精加工時(shí)嚴(yán)格用節(jié)圓棒找正齒槽，內(nèi)孔采用配備有內(nèi)磨頭的數(shù)控立車或半精車內(nèi)孔后用數(shù)控組合磨床磨內(nèi)孔進(jìn)行精加工，保證了直徑1 m以上內(nèi)孔的表面粗糙度達(dá)Ra1.6 mm，圓柱度0.02 mm以內(nèi)，同軸度0.025 mm以內(nèi)，滿足圖紙要求。

齒軸裝配的外圓尺寸達(dá)到1 m以上，要求精度高，因此，在軋輥磨床上加工，以兩端精加工的軸頸找正，找正誤差0.02 mm以內(nèi)，修整中心孔后，精磨外圓至圖紙要求，并靠平肩面，保證了圖紙的表面粗糙度及形位公差，橢圓度0.02 mm以內(nèi)、直線度0.02 mm以內(nèi)。加工的精度高，避免在軸承孔內(nèi)因咬合產(chǎn)生的擠壓力導(dǎo)致結(jié)合面變形，保證了裝配時(shí)齒圈與齒軸裝配之間的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

齒輪齒軸模數(shù)及工件均較大，且配合過盈量大，為保證裝配后齒輪的嚙合精度，大齒輪均采用熱裝后精磨齒工藝。按齒軸上下兩端的精加工軸頸找正，找正誤差0.02 mm以內(nèi)，重新車齒輪基面，再對(duì)齒輪進(jìn)行磨齒。保證了齒輪齒輪軸的磨齒基準(zhǔn)統(tǒng)一，消除了齒輪齒輪軸在裝配過程中產(chǎn)生的誤差，提高整體裝配后的嚙合精度。

齒輪箱中，相同模數(shù)的齒輪，齒輪軸均要求公法線一致，公法線偏差量基本都控制在0.01～0.015 mm以內(nèi)，同時(shí)相應(yīng)的做好配對(duì)標(biāo)識(shí)，并且嚴(yán)格按圖紙要求劃鍵槽對(duì)齒加工線。這樣可以保證上下傳動(dòng)鏈的嚙合位置的同步。該減速機(jī)通過齒圈與輪轂之間0.06～0.10 mm的小間隙來調(diào)整傳動(dòng)鏈工作面嚙合齒側(cè)間隙大小一致，實(shí)現(xiàn)均載功能。調(diào)整齒圈輪轂，精加工時(shí)必須保證內(nèi)孔外圓的形位公差，采用數(shù)控立車，輪轂因配合過盈量大，且為無鍵連接，采用熱裝在齒軸上后，再進(jìn)行精加工。此外，為減小裝配調(diào)整量，上下傳動(dòng)鏈齒輪齒輪軸多次進(jìn)行對(duì)齒，根據(jù)實(shí)際嚙合位置，齒圈輪轂裝配時(shí)在齒圈與輪轂端面上劃嚙合位置線。

1.2 減速箱加工

該減速機(jī)的箱體重量大，總重達(dá)70 t多，總體尺寸大，長(zhǎng)5 312 mm，寬3 160 mm，高4 425 mm，箱體焊接及機(jī)床加工難度大，尺寸精度不容易控制。為釋放焊接及粗加工應(yīng)力，減小箱體精加工時(shí)的變形，四層箱體拆開后進(jìn)行二次退火;根據(jù)箱體的結(jié)構(gòu)、尺寸，對(duì)箱體結(jié)合面及軸承孔的余量做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

箱體兩軸承孔間跨距大，必須調(diào)頭180°加工，通過在箱體側(cè)面焊接輔助基準(zhǔn)塊加工、找正，保證了同一級(jí)軸承孔的同軸度誤差不大于0.02 mm;箱體高度大，通過焊接輔助基準(zhǔn)塊加工、找正，保證各級(jí)軸承孔的中心距;軸承孔最大φ1 230 mm，為此專門定制了可調(diào)刀架，刀架調(diào)整精度可以達(dá)到0.01 mm，為了減小刀架自身重量對(duì)軸承孔精度的影響，刀架采用特殊的鋁合金精制，在減輕刀架重量的同時(shí)，其鋼性和韌性都很好，刀架可以直接安裝在滑枕上進(jìn)行鏜孔，而且降低了刀架自身重量對(duì)軸承孔精度的影響。

1.3 銷孔加工

齒圈與輪轂騎縫銷孔的加工，銷孔深度達(dá)450 mm，齒圈材質(zhì)為17CrNiMo6，輪轂材質(zhì)為40CrNiMo，兩種材質(zhì)加工性能不同，硬度相差較大，鉆孔時(shí)鉆頭容易偏，而且齒軸兩端軸承都已經(jīng)裝上，給加工、裝卡、找正造成很大困難。

靠專用胎具定位，百分表找正軸承內(nèi)圈端面，誤差≤0.02 mm，按裝配狀態(tài)的端面跳動(dòng)值用千斤頂將齒圈調(diào)平誤差≤0.02 mm，并用塞尺檢查輪緣輪轂周邊間隙一致，壓緊，因?yàn)殇N孔深度大，硬度不均勻，鉆頭及鏜桿不穩(wěn)定，鉆頭容易斷，所以切削量只有0.10 mm，比平時(shí)少了4倍還要多。采用特別定制的硬質(zhì)合金鉆頭，并使用特殊的加工切削液，先鉆通銷孔，再在對(duì)稱位置擴(kuò)孔留余量1 mm，檢查端面跳動(dòng)變化量≤0.03 mm，最后對(duì)稱擴(kuò)孔至圖紙要求。

2 裝配的關(guān)鍵技術(shù)

該減速機(jī)主要通過齒圈與輪轂之間的0.06～0.10 mm間隙來實(shí)現(xiàn)上下傳動(dòng)鏈齒側(cè)間隙一致，達(dá)到均載功能，如果兩者之間間隙過小，不容易裝配;間隙過大，會(huì)影響齒面接觸。

(1)齒軸裝配與齒圈必須在室溫下進(jìn)行裝配 (不可采用熱裝或冷裝)，裝配前在齒軸裝配與齒圈結(jié)合面間涂抹二硫化鉬或者機(jī)油等潤(rùn)滑劑。裝配過程中:齒軸裝配與齒圈不可采用強(qiáng)制外力壓入，應(yīng)利用齒圈自身重力裝配;齒軸裝配與齒圈需按照所劃對(duì)齒線對(duì)線裝配。齒軸裝配與齒圈之間只有0.06～0.10 mm的間隙，將齒軸裝配倒立，用水平儀找正;齒圈基面吊起來后用水平儀找正，保證兩者結(jié)合面的平行，打磨清理結(jié)合面毛刺等，不得有高點(diǎn)，經(jīng)過多次裝配，齒圈輪轂裝配成功。

(2)通過調(diào)整可調(diào)墊鐵并用水平儀檢查，確保箱體結(jié)合面水平，齒圈基面用百分表檢測(cè)，誤差≤0.1 mm，調(diào)整齒面接觸，齒輪沿齒高方向接觸斑點(diǎn)不少于50%，沿齒長(zhǎng)接觸斑點(diǎn)不少于70%，偏心套調(diào)整好偏心后固定，齒輪嚙合側(cè)隙達(dá)要求，用塞尺檢測(cè)軸承徑向游隙達(dá)要求，軸承的軸向間隙以調(diào)整環(huán)調(diào)整間隙達(dá)圖紙要求。

(3)下傳動(dòng)鏈齒側(cè)間隙調(diào)整，用工裝特制的壓板固定輸入軸的軸向竄動(dòng)，其余各級(jí)齒軸軸端把軸端螺母、透悶蓋等固定其軸向竄動(dòng);輸入、輸出軸軸端面把合吊環(huán)螺釘，在兩個(gè)吊環(huán)螺釘之間反向插入工裝特制的橇杠，用千斤頂固定其沿軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入軸沿工作方向加載，輸出軸反向受力，使下傳動(dòng)鏈工作面齒側(cè)間隙為零。

(4)上傳動(dòng)鏈齒側(cè)間隙調(diào)整，齒圈兩端面擰入精制螺釘，通過鋼絲繩用倒鏈拉齒圈，使齒圈與輪轂之間相對(duì)滑動(dòng)，消除上傳動(dòng)鏈的齒側(cè)間隙，用磁力鉆打3個(gè)φ20 mm銷孔，過盈冷裝入銷子，齒圈基面用百分表檢測(cè)，誤差≤0.1 mm，打表數(shù)值應(yīng)當(dāng)與上述數(shù)值吻合，固定齒圈輪轂，實(shí)現(xiàn)上下傳動(dòng)鏈的均載。

(5)在嚙合位置，所有參與嚙合的齒用鋼印做嚙合標(biāo)記，松開銷子，吊出輪緣及齒軸裝配，送箱體鉆精制銷孔。

(6)如上述，回裝齒輪箱至原始嚙合位置，過盈冷裝入精制銷子，檢查、記錄接觸、嚙合間隙、軸承游隙等各項(xiàng)指標(biāo)合格后，進(jìn)行空負(fù)荷試車，按額定轉(zhuǎn)速330 r/min高速時(shí)330～750 r/min正、反轉(zhuǎn)各兩小時(shí)，要求各連接件、緊固件不得松動(dòng)，密封處、結(jié)合面處不得滲漏油，噪聲接觸滿足圖紙要求。

3 結(jié)束語

雙分流式穿孔機(jī)主減速機(jī)在國(guó)內(nèi)有廣闊的前景，雙分流穿孔機(jī)主減速機(jī)制造成功后，將在特大穿孔機(jī)主減速機(jī)國(guó)產(chǎn)化制造方面開辟一條新的道路，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，適應(yīng)市場(chǎng)的需求，為企業(yè)創(chuàng)造更多財(cái)富。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ［M］(5版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］韓秀琴.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ) ［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

［3］郁明山.齒輪手冊(cè) ［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［4］郁明山，何章艮.齒輪制造手冊(cè) ［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.