適用于單幅板結(jié)構(gòu)減速器直徑大于1m鑄造齒輪的設(shè)計(jì)與制造

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(hào)。通常情況下，機(jī)械制造行業(yè)對(duì)平幅板、斜幅板、單幅板和雙幅板的應(yīng)用情況及適合的場(chǎng)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(duì)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(lái)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第5版，2010年1月由機(jī)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(wèn)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(shí)兩層幅板間的殘砂難以清除干凈。這個(gè)問(wèn)題對(duì)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)情況不是一個(gè)問(wèn)題，而對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng)裝置的減速器就變成了一個(gè)重要的問(wèn)題，而且是不易解決的問(wèn)題。這就是要求開(kāi)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(jì)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(qiáng)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(duì)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(jìn)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(qiáng)度選擇單幅板厚度C1取雙幅板兩層厚度之和時(shí)，即有C1=2 ，C2=2×0.16 dh=0.32 dh≈dh/3。這就是說(shuō)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(jiàn)，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(diǎn)設(shè)計(jì)出來(lái)的，才有了鑄造八條輪輻的位置和空間。八條輪輻的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了每條輪輻用于支撐齒輪的圓周長(zhǎng)度比六條輪輻小的特點(diǎn)。例如當(dāng)齒數(shù)是120時(shí)，在六條輪輻設(shè)計(jì)的情況下時(shí)，每20個(gè)齒就要有由一個(gè)圓周段支撐；而在八條輪輻設(shè)計(jì)的情況下，每15個(gè)齒就要由一個(gè)圓周段來(lái)支撐，這樣就達(dá)到了提高外緣齒輪的強(qiáng)度的要求。

1.3 輪輻與輪緣間大圓弧過(guò)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(guò)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(qiáng)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(guò)渡聯(lián)接的空間。也就是說(shuō)從小鑄造圓角加大為大圓角過(guò)渡。這個(gè)圓弧半徑至少比鑄造圓角增大三四倍，用來(lái)保證外緣較寬齒輪的強(qiáng)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(jì)與鑄造

按照上述設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了設(shè)計(jì)，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(shí)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(duì)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(diǎn)和工藝性對(duì)其主要零部件的結(jié)構(gòu)、材料等進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)和選材。對(duì)齒輪的工藝性能、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行優(yōu)化，部件的使用性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，保證外緣較寬齒輪的強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)3年的實(shí)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(jìn)是科學(xué)合理的。

[1]現(xiàn)代傳動(dòng)機(jī)械手冊(cè)編委會(huì).現(xiàn)代傳動(dòng)機(jī)械手冊(cè)[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002:481.

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