呂海波，胡傳朋，武永福，劉蘭蘭

LV Hai-bo,HU Chuan-peng,WU Yong-fu,LIU Lan-lan

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272000）

1 錐花鍵齒輪軸的結(jié)構(gòu)和錐花鍵連接的特點分析

錐花鍵齒輪軸是帶有齒輪和錐花鍵的軸類零件（圖1）。在推土機終傳動系統(tǒng)中，其錐花鍵部分與法蘭盤的內(nèi)花鍵配合，法蘭盤的轉(zhuǎn)動帶動錐花鍵齒輪軸轉(zhuǎn)動，齒輪部分與另一齒輪嚙合傳動。由于錐花鍵齒輪軸的固定是通過圖1中右端安裝軸承，左端錐花鍵部分安裝在法蘭盤來完成的。因此，錐花鍵的加工精度會影響整個錐花鍵齒輪軸的裝配。

推土機的工作環(huán)境復(fù)雜，承載大，因此對終傳動系統(tǒng)的要求較高。錐花鍵齒輪軸作為終傳動的重要部件，其轉(zhuǎn)速高，傳遞轉(zhuǎn)矩大，正反轉(zhuǎn)切換頻繁[1]，對錐花鍵齒輪軸的加工精度和表面硬度有嚴格要求。錐花鍵是通過錐度來保證裝配件在軸向上的連接位置，同時，錐花鍵的齒形對裝配尺寸的影響也很大。由于工件形變的原因，裝配時一般采用歸定范圍內(nèi)的壓力壓裝錐花鍵連接至裝配尺寸。

圖1 錐花鍵齒輪軸

2 錐花鍵齒輪軸的加工難點與問題

錐花鍵齒輪軸的加工難點主要有齒輪部分和錐花鍵部分。錐花鍵齒輪軸的加工必須同時保證表面硬度和機械加工精度要求。圖2為我廠推土機終傳動系統(tǒng)中錐花鍵齒輪軸零件圖，錐花鍵齒輪軸的齒輪部分要求精度為8 級，同軸度要求為0.01mm；錐花鍵部分錐度為1∶10，精度為K，同軸度要求為0.05mm；材料為20CrMnTi，毛坯硬度為HB277～384，淬火硬度為HPC58～63。

圖2 錐花鍵齒輪軸零件圖

目前，齒輪部分的加工難題已解決，但錐花鍵的加工質(zhì)量一直不穩(wěn)定。我廠的錐花鍵齒輪軸與法蘭盤裝配如圖3，裝配時通過液壓油缸將法蘭盤壓入錐花鍵齒輪軸的錐花鍵部分。在保證裝配尺寸L 的同時，記錄液壓油缸的壓力值，通過該壓力值來檢測錐花鍵連接是否合格。應(yīng)用原工藝加工的錐花鍵齒輪軸的裝配壓力值不穩(wěn)定，波動范圍很大，合格率約65%。對于不合格的工件只能采用更換法蘭盤嘗試配合的方法來解決問題。這種方法費時費力，而且并不能從根源上解決錐花鍵裝配問題。

圖3 錐花鍵齒輪軸與法蘭盤裝配圖

3 錐花鍵齒輪軸的加工工藝分析

本廠原采用的錐花鍵齒輪軸加工工序為：選材－鍛造－正火－車削加工－滾齒、滾花鍵－熱處理滲碳－車螺紋－熱處理淬火－拋丸－磨外圓－磨齒。

我廠的錐花鍵齒輪軸小端部需要加工螺紋。由于螺紋連接的特性，螺紋部分要求不能滲碳淬火以免影響韌性；而滲碳淬火會使工件硬度增加導(dǎo)致無法車螺紋。對于該問題原工藝采用的是先對工件進行滲碳處理，然后將螺紋部分的滲碳層車掉，再車螺紋，最后將螺紋部分加防護帽保護，進行淬火處理。該方法加工出的螺紋部分硬度能達到設(shè)計要求，但是由于加熱兩次，導(dǎo)致了錐花鍵部分變形嚴重，極大地影響了錐花鍵的加工質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計，經(jīng)過兩次加熱后工件的變形量平均為0.04mm，約25%的工件變形量超過0.05mm，而錐花鍵的同軸度要求為0.05mm，因此導(dǎo)致部分工件不符合要求。

通過研究實驗，我們采用滲碳淬火一次熱處理完成，并將車螺紋工序移至熱處理滲碳淬火之前。對于螺紋部分我們采取了涂防滲劑、加防護帽的方式防止該部被淬火（圖4）。

圖4 錐花鍵齒輪軸熱處理

雖然通過更改熱處理方法可以降低錐花鍵的熱變形尺寸，但是并不能完全消除該變形。針對該問題，我廠采用增加磨錐花鍵工序的方法來解決，并引進了漢江機床廠的MK8612A花鍵磨床。工作時通過工作臺的縱向移動和砂輪的垂直進給完成錐花鍵的加工。加工后，通過專用錐花鍵環(huán)規(guī)檢測出入量，保證加工質(zhì)量。

改進的加工工序為：選材－鍛造－正火－車削加工－滾齒、滾花鍵－車螺紋－熱處理滲碳淬火－拋丸－磨外圓－磨齒－磨花鍵。

4 加工工藝效果分析

為檢驗新工藝的使用效果，用新工藝加工了10 件工件。我們對這批工件的芯部和滲碳區(qū)做了金相組織測試。金相組織測試表明采用新工藝加工的工件材質(zhì)完全滿足設(shè)計要求。

使用洛氏硬度儀對錐花鍵的齒頂和齒根部做硬度檢測，其齒頂部硬度平均值為59.9HRC，齒根部硬度平均值為59.5HRC,其硬度也滿足設(shè)計要求。

最后，將這批工件進行裝配試驗。隨機選取10 件法蘭盤與之裝配，并記錄裝配壓力。壓力值均在我們要求的裝配壓力18～35MPa 范圍內(nèi)，符合裝配要求。

5 結(jié) 論

針對錐花鍵齒輪軸中錐花鍵加工質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，通過對原工藝的分析研究，在其基礎(chǔ)上提出了采用一次滲碳淬火、增加磨錐花鍵工序的新加工工藝。通過實驗表明新的工藝加工的工件在材質(zhì)、硬度、同軸度和裝配壓力等方面完全滿足設(shè)計要求。

[1]率秀清，孫世超，任建剛.小直徑三角內(nèi)錐花鍵應(yīng)用及加工工藝[J].現(xiàn)代零部件，2006，(03)：92-94.