格利森弧齒錐齒輪材料、熱處理選擇及裝配調整

程燮豐 徐業海 湯善杰 黃德金

(桂林禾田建筑機械有限公司,廣西桂林 541001)

格利森弧齒錐齒輪材料、熱處理選擇及裝配調整

程燮豐 徐業海 湯善杰 黃德金

(桂林禾田建筑機械有限公司,廣西桂林 541001)

近年來,我國機械工業得到了快速發展,尤其是減速機行業得到長足進步,但良莠不齊,以次充好,卻時有發生。本文通過對常用減速機用格利森弧齒的材料、熱處理選擇、裝配調整進行介紹與分析,提供相應方法及措施,為該系列減速機的使用者提供相應檢測手段,方法及參考。

機械工程 格得森弧齒錐齒輪材料選用 熱處理工藝 裝配調整。

1 格利森齒輪介紹及材料、熱處理方式的選擇

漸開線錐齒輪的齒制達40多種,我國常用的齒制有Gleason、Oerlikon、Kingelnberg三種。其中應用最廣泛也是最常見到的是Gleason(格利森)弧齒錐齒輪。格利森齒制的特點是：(1)使用特點：該齒輪減速機旨在為節省傳動空間,改變傳動方向,可選傳動比大,傳動平穩無沖擊,結構簡單,承載能力強。(2)齒形特點：格利森齒形復雜,齒寬中點螺旋角為35°,齒長方向是一段復雜的產形輪圓弧齒線,齒廓方向為精確的球面漸開線。

齒輪材料及熱處理的選擇是影響齒輪承載能力、使用壽命、齒輪質量和成本的主要因素。選擇齒輪材料及熱處理時,要綜合考慮齒輪的工作條件,如：載荷性質,大小、工作環境、材料來源、經濟性、熱處理工藝等因素。由于格利森齒輪傳動特性的特點,使得齒輪的材料及熱處理多樣化。齒輪強度的計算以齒寬中點的齒輪尺寸為基準,以中點當量圓柱齒輪為計算點,分齒輪齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度：(1)齒輪齒面接觸疲勞強度,此強度考核兩齒輪接觸后齒面抵抗疲勞產生點蝕能力,強度不足時點蝕增加破壞致使齒輪失效;(2)齒根彎曲疲勞強度,此強度考核齒輪輪齒的抵抗沖擊,承載能力及彈性變形破壞的能力,強度不足時導致輪齒斷裂。即齒輪的基本要求就是即要保證有足夠的齒面的強度,硬度,和耐磨性,又要保證齒輪根部有足夠的強度,韌性。根據上述齒輪分析可見,首先選擇的是在滿足載荷情況下的材料及相應的熱處理,其次就是盡量選擇價格經濟又方便獲得的材料,現就格利森錐齒輪常用的材料及熱處理做相關介紹。

(1)調質+高頻淬火：選用中碳鋼。如：45#鋼、40Cr、30CrNi3、40CrNi2Mo等。(2)滲碳淬火：選用低碳合金鋼如：20CrMnTi,17CrNiMo6,20CrNi2Mo等。(3)氮化：選用中、低碳合金鋼如：30CrNi2Mo,38CrMoAl等。(4)碳氮共滲：選用低碳合金鋼如：20CrMnTi,17CrNiMo6,20CrNi2Mo等。

以上齒輪材料及熱處理達到的齒輪特性作如下解析：中碳鋼材料來源廣泛,經濟,具有良好的強度和韌性;調質、高頻淬火后齒面硬度高。在滿足承載的情況下盡可能選用。對于承載要求比較高,有沖擊,脈沖載荷的情況下可以選用中、低碳合金鋼及相應的熱處理,可獲得很好的抗點蝕及耐磨損性能。使用氮化工藝的齒輪由于氮化層很薄,不宜使用在沖擊載荷大的條件下。低碳合金鋼可用碳氮共滲,能同時達到滲碳和滲氮的綜合性能,表面硬度更高,抗點蝕效果更好。

2 格利森齒輪的裝配及調整

對于加工精度及熱處理合格的齒輪副怎樣進行裝配調整,則是對于齒輪使用壽命及質量的最后一個關鍵步驟,裝配好的齒輪必須達到以下幾個方面的要求：(1)運行平穩,無沖擊,無振動,無卡滯現象。(2)噪音在允許范圍內并無異響。(3)齒輪副傳動過程中溫升在要求范圍內。(4)負載平穩,安全,可靠。

從齒輪嚙合的特性出發來分析格利森齒輪側隙調整的過程,首先該齒輪副是裝配在殼體或箱體內。對于低速,輕載的齒輪副,主動輪(小齒輪)可為懸臂,而對于重載的齒輪副主動輪兩邊均加相應支承。輕載時,接觸區會向齒輪大端擴展;滿載時,接觸區布滿整個齒面大部分,兩齒輪副的分錐及軸線必相交于一點,裝配時只須調整主動錐齒輪和從動錐齒輪的軸向距離,即可調整出合理的側隙。

首先在主動齒輪齒面上涂上側隙檢測色劑轉動兩齒輪副,看色劑附著的位置及范圍,如果范圍均勻,在齒頂下方三分之一處,側隙在0.2～0.3mm時,為合理位置,可不用調整側隙。當加工累計誤差使齒輪副出現(1)無側隙;(2)側隙太大時,調整方法相應有兩種;1)對于無側隙的齒輪副將會出現色劑附著在主動輪的頂部及從動輪的根部或出現在從動齒輪的頂部及主動輪的根部,這是由于從動齒輪或主動齒輪安裝距軸向調整過量,使得無側隙引起的結果;無側隙會導致齒輪局部應力集中,磨損加速,甚至斷齒并加速軸承的失效;當無側隙時,加入相應的墊片以調整到合適間隙。2)對于側隙過大的時候將會出現色劑附著在主動輪和被動輪的頂部。這是由于從動輪和主動輪安裝距軸向調整尺寸不夠引起,側隙過大時將引起齒輪副運行過程沖擊,異響,瞬時速度不一致。當側隙過大時,可加工承載主或從動錐齒輪法蘭面,以調整到合適間隙;此外由齒輪加工及熱處理誤差引起的不良接觸區如：內對角接觸,外對角接觸,大端寬小端窄接觸,大端窄小端寬接觸接觸等等。可增加齒輪研磨的方法加以調整。

怎么簡單有效檢查側隙呢？可用千分表指針于被動輪齒面上,固定主動輪,轉動被動輪可以測量側隙。

式中θ——節錐角;

Δjn——齒輪的側隙變動量;

α——壓力角;

一般側隙在0.2～0.3mm較為合理。

齒輪副調整后接觸區應達到的效果：(1)接觸區呈長橢圓形且接觸均勻;(2)占齒長方向的35～50%,在齒面中部偏小端且離邊緣1/5處;(3)占齒高方向的40～60%且在齒頂下方1/3處。

實踐證明此文提供的格利森齒輪材料及熱處理選擇上可行;裝配調整方法可靠,方便,已在我公司實踐生產中得到運用。

[1]機械設計手冊(新版)第三卷.機械設計手冊編委會編著.北京：機械工業出版社,2004.8.

[2]機械設計手冊單行本.機械傳動.成大先主編,化學工業出版社,2002.5.

[3]丁志華,王嘉玲,編著.齒輪公差及其選用.國防工業出版社,1987.7.

[4]孫殿注,董學朱.真實齒面嚙合分析.機械工程學報,2000,36(8)：98～101.

程燮豐(1977.09-),男,江西余干人,本科,助理工程師,研究方向：建筑機械。