轉鼓式飛剪傳動同步齒輪的安裝

摘要：本文介紹了轉鼓式飛剪傳動同步齒輪在熱裝過程中，有關大過盈量的理論分析計算并結合實際情況對安裝出現各種問題的預防以及注意事項進行簡要闡述，分析這種大過盈裝配的方法和要點

關鍵詞：轉鼓式飛剪;同步齒輪;過盈量;轉動角度;NEVER?CORR涂層

概述

我公司承接制造寶的鋼特殊鋼分公司的轉鼓式飛剪（見圖1），是德國著名SMS公司設計的，最大剪切鋼板35.5x13001300，最大剪切力為1015噸，該飛剪具有液壓快速更換剪刃、同步斜齒輪傳動、軸向移動轉鼓刀軸調整補償剪刃磨損、工藝流程全部計算機控制等先進功能，具有當代世界先進水平的新一代產品，它的工作原理如圖1所示，主要靠兩個轉鼓刀軸轉動的運動來剪切鋼板的，電機通過減速機傳動下轉鼓刀軸，下轉鼓通過同步齒輪帶動上轉鼓刀軸，上、下轉鼓刀軸每轉一周剪刃重合剪切一次，從而完成剪切運動。上、下轉鼓軸在傳動側和操作側均設有同步斜齒輪，這樣可以避免在剪切過程中因轉鼓軸的扭轉彈性變形而引起剪切間隙在軸線方向的變化，性能更穩定，提高了剪切質量。

圖?1?飛剪布局圖

該飛剪設計結構復雜、緊湊、裝配精度要求高，尤其是作為以傳遞載荷為主上、下轉鼓刀軸與同步斜齒輪的安裝（圖2?同步齒輪布置）是轉鼓式飛剪裝配要點，同步齒輪的安裝采用的是熱脹法裝配，順序是先安裝下轉鼓刀軸兩側的同步齒輪，再安裝上轉鼓刀軸操作側的同步齒輪，最后也是最重要的熱裝上傳動側同步齒輪。

因為，這四個同步齒輪體積很大，操作側的上、下同步齒輪各有3噸，傳動側的下齒輪有5噸，上同步齒輪有7噸，上、下轉鼓刀軸個有24噸，同步齒輪和轉鼓刀軸安裝的配合過盈量很大，且同步齒輪是斜齒輪，安裝時候需要旋轉推入，安裝稍有不慎或安裝不到位，再次拆卸不當會造成零件的報廢，造成經濟損失，所以在安裝之前要充分考慮齒輪和軸的過盈量、計算預熱溫度以及必要的工裝設計以及詳細安裝步驟的籌劃，保證一次安裝到位。

圖2?同步齒輪布置

本文將詳細介紹該轉鼓式飛剪大過盈量同步斜齒輪熱裝的方法，以及安裝過程中需注意的幾個問題。

1.安裝前的準備工作

1.1熱脹法裝入條件理論分析

1.1.1同步斜齒輪裝配過程中過盈量測量和加熱溫度確定

兩對同步齒輪的外觀形狀及尺寸見圖3。

圖?3

轉鼓刀軸直徑φ709.43h6和同步齒輪孔直徑φ709H7，理論過盈量0.43，實際測量過盈量如下表：

同步齒輪

齒輪孔

轉鼓刀軸

理論過盈量

實測過盈量

操作側下同步齒輪

φ709H7

φ709.43h6

0.38-0.56

0.4

操作側上同步齒輪

φ709H7

φ709.43h6

0.38-0.56

0.39

驅動側下同步齒輪

φ709H7

φ709.43h6

0.38-0.56

0.4

驅動側上同步齒輪

φ709H7

φ709.43h6

0.38-0.56

0.41

因驅動側上同步齒輪較大，較重約7噸，實測過盈量為0.41也是最大，故熱裝時計算也以驅動側上同步齒輪為準，孔與軸在裝配時間隙△為：

△=（0.09%-0.14%）df=0.638-0.993;

根據熱裝公式計算同步齒輪裝配時需加熱溫度t2

t2=（+△）/（αa*df）+t=183℃??（I式）

式中：

過盈量δmax=0.41

裝配間隙選取△=0.8，（考慮上下齒嚙合最大間隙0.1，調整上、下同步齒輪嚙合的偏心套最大偏心量0.8，故熱裝時間隙不能大于0.9）

裝配環境溫度t=26°

鍛鋼線膨脹系數αa=0.000011

直徑df=709

經計算，加熱溫度至183°C，則齒輪內孔漲開0.90mm，熱裝時同步齒輪和轉鼓刀軸的間隙為0.49mm。

1.1.2影響上同步齒輪裝入因素

考慮到加熱齒輪溫度過高會影響齒輪的硬度，也會導致齒輪外徑膨脹，可能造成上、下同步齒輪出現膨死現象。

利用上面I式理論反推加熱時同步齒輪分度圓熱脹△1

△1=（t2-t）*αa*df′=（183-26）*0.000011*1260/cos10°=2.21

分度圓直徑df′=1260/cos10°

即上同步齒輪在加熱時在分度圓上單邊膨脹：

△3=△1/2=2.21/2=1.105

查設計手冊得：齒輪為標準漸開線齒輪，齒輪的最小側隙為中等側隙jn=0.5，由圖3關系可知，

h=0.5/sinβ=1.46;β=10°

如果考慮裝配好后調整上、下同步齒輪嚙合的偏心套最大偏心量0.8，則上同步齒輪理論上可以線性單邊膨脹H=0.8+h=2.26，因為△3=1.105

圖4

183℃時，上、下同步齒輪是不會脹死。

1.1.3對齒輪材料17CrNiMo滲碳淬火后的最高允許回火溫度的試驗

圖5?實驗得材料17CrNiMo滲碳淬火后的回火與硬度變化曲線表

結論：?此材料滲碳淬火后，加熱到180°C時候齒頂和齒面的硬度變化不大。

1.1.4上同步齒輪裝入時，配合的下同步齒輪轉動角度的確定

當上同步齒輪軸向導入轉鼓刀軸時，因是上、下同步齒輪都是斜齒輪，故上同步齒輪要進入很小的位移量，上、下兩齒輪嚙合間隙馬上就由大到小，直至為零;這時就需要轉動下轉鼓刀軸，使兩刀軸產生相對轉動來補償間隙后，齒輪才能繼續導入，直到安裝到位，這就是有別于下刀軸齒輪安裝的地方，也是整個同步齒輪安裝的難點。

計算下轉鼓刀軸在安裝上同步齒輪需要轉動的角度，傳動側上、下同步齒輪嚙合寬度725mm，為兩對同步齒輪中最大捏合長度，斜齒螺旋角為10°，分度圓直徑為1260mm，計算如下：

弧長L=725*tgβ=725*tg10=127.837;

轉動角度θ=L/（1260/2COSβ）*180°/π??=11.45°。

故下轉鼓刀軸需要轉動11.45°，傳動側上同步齒輪才能安裝到位。

1.1.5上同步齒輪安裝推入的工裝的考慮

熱裝前要考慮到安裝斜齒輪安推入的難點問題，特別是最后安裝傳動側上同步齒輪的時候，該零件有7噸重，考慮到上、下同步主斜齒輪的安裝間隙以及預熱溫度，一旦安裝時間太長，溫度下降就會在安裝未結束時候因溫度下降間隙變小到無而抱死在轉鼓刀軸上，造成安裝失敗，我們設計了齒輪端面的推入工裝，并在下轉鼓刀軸后端安裝一個攪桿，轉動刀軸，這樣可輕松將齒輪快速壓入，直至預定的位置上。

1.1.6安裝過程中的預防工作

安裝同步齒輪成功與否的關鍵在于齒輪與刀軸能否形成理想的溫差;為了保證安裝順利，我們還準備了在同步齒輪面上涂NEVER?CORR涂層保護層，預備了焊槍加熱齒面，NEVER?CORR涂層的作用是能有效的保護加熱齒輪時候可以防止齒溫度過高而改變齒面的機械性能，一旦安裝時間過長，可以用焊槍加熱齒面以延長安裝時間，防止齒輪和轉鼓刀軸溫差過小而產生抱死現象。

2.安裝過程

首先對齒輪180℃預熱，齒輪加熱前先將工裝壓板固定在齒輪上，預熱11個小時后，出爐后，室溫26℃，齒輪表面涂NEVER?CORR涂層保護，先安裝兩個下同步齒輪，再安裝兩個上同步齒輪，上同步齒輪通過端面的壓入工裝，將齒輪壓入上轉鼓刀軸;操作側由兩人完成刀軸旋轉的微調，用攪桿轉動便可輕松將齒輪快速壓入，直至設計的安裝位置，整個過程，各組分工明確，配合諧調，順利地完成了同步齒輪的安裝。

3.結論

在安裝較大尺寸的斜齒輪副時，如果其齒輪內孔與主軸有較大過盈配合時，熱裝前各項準備工作一定要做得充分，困難要估計得足。本文詳細介紹了轉鼓式飛剪傳動同步齒輪在安裝過程中各種問題以及注意事項，供有關技術人員參考。

參考文獻：

[1]許定奇，孫榮文.《過盈聯結的設計、計算與裝拆[M]》北京：中國計量出版社，1992.

[2]成大先主編.《機械設計手冊》[M]?第四版;2002年，化學工業出版社.

[3]廖念釗.《互換性與測量技術基礎》北京;中國計量出版社，1988.

作者簡介：敬海尚，（1967-），男，大學本科文憑，高級工程師，現從事冶金成臺設備的設計及制造等工作。