行星齒輪減速機齒輪制造在減速機中的運用
我國是擠泥機的生產(chǎn)(Produce)大國,每年擠泥機的產(chǎn)量居世界首位。但是,長期以來我國擠泥機的質(zhì)量和發(fā)達(dá)國家相比,一直存在著較大的差距。從可靠性方面看,主要是系統(tǒng)(system)零部件的壽命較短,故障較多,維護修理較為頻繁。發(fā)達(dá)國家某公司(Company)生產(chǎn)的真空擠泥機,許用擠壓力達(dá)4MPa,其齒輪(Gear)的壽命極長,終身不需維修,終身不必更換配件。而國產(chǎn)的真空擠泥機(少數(shù)幾家采用硬齒面的除外),一般在正常使用兩年以后,幾乎都會發(fā)生程度不等的點蝕,剝落,磨損(零部件失效的一種基本類型),塑性變形,斷齒,膠合等齒輪損傷。的無故障工作時間較短,生產(chǎn)時常要停機檢修,有時甚至要更換整臺。既增加了產(chǎn)品(Product)成本,又降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。中國入世在即,如何提高國產(chǎn)擠泥機的技術(shù)性能,縮小和發(fā)達(dá)國家的差距,已經(jīng)是刻不容緩了。
為了提高磚瓦行業(yè)裝備水平,國家建材局早在1991年就發(fā)布了真空擠泥機的國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)代號JC3432- 91)。該標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定,真空擠泥機的應(yīng)符合ZBJ19004中技術(shù)要求的規(guī)定。也就是說,的齒輪必須是鍛鋼,并經(jīng)熱處理后齒面硬度達(dá)到HB350以上,也就是采用硬齒面。由于鍛鋼沒有鑄造齒輪的各種材料(Material)缺陷,經(jīng)熱處理后具有很高的表面硬度,耐磨性,韌性和抗抗沖擊性能,使齒輪的接觸強度(strength)和彎曲強度都提高了很多。我國現(xiàn)有擠泥機的多數(shù)是配用ZQ型標(biāo)準(zhǔn),齒輪是鑄造材料,齒面(指大齒輪)硬度約為HB220.這種軟齒面的齒輪強度低,承載能力小,不可靠,很不適合磚瓦行業(yè)使用。機械行業(yè)早在1988年就把它列為淘汰產(chǎn)品,由ZLY等系列硬齒面齒輪所取代。軟齒面和硬齒面齒輪參數(shù)的對比見表1.從表1可以看出,在傳遞相同扭矩的情況(Condition)下,軟齒面裝置的質(zhì)量是硬齒面的5倍。由于擠泥機的結(jié)構(gòu)限制(尤其是緊湊型真空擠泥機)和經(jīng)濟性的原因,的結(jié)構(gòu)不可能過分龐大。而磚瓦生產(chǎn)(Produce)中常常是重載起動和超負(fù)荷運轉(zhuǎn),很多擠泥機配套的ZQ型標(biāo)準(zhǔn)本來就不適應(yīng),加之選型又偏?。ㄓ械?0kW以上動力的擠泥機只配ZQ65型),這就是擠泥機的系統(tǒng)壽命短,可靠性差的根本原因。
既然軟齒面的性能很差,為什么又能在磚瓦機械中久盛不衰這是因為ZQ型標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)用了幾十年,大家感到習(xí)慣了。另外,價格低廉也是一個重要原因。而按照一般的硬齒面齒輪的制造工藝,硬齒面齒輪的成本確實太高。由于擠泥機是低速傳遞動力的機械,擠泥機對振動和噪音的要求也不高(<85分貝),對齒輪的工作平穩(wěn)性和齒側(cè)間隙的要求也不很嚴(yán)格,只是因為擠泥機的工作負(fù)荷重,其接觸精度應(yīng)該高一些。因此,從實際出發(fā),采用一種經(jīng)濟實用的硬齒面齒輪,是完全可行的?,F(xiàn)將這種硬齒面齒輪介紹如下。
1硬齒面齒輪的結(jié)構(gòu)。
小齒輪,其結(jié)構(gòu)和一般齒輪相同。硬齒面齒輪減速機為達(dá)到特別低的輸出轉(zhuǎn)速,可以通過兩個齒輪減速機相聯(lián)的方法來實現(xiàn)。當(dāng)采用這種傳動方案時,可配置電機的功率必須依賴于減速機的極限輸出扭矩,而不能通過電機功率來計算減速機的輸出扭矩。
大齒輪(Gear)為組合式結(jié)構(gòu)(見圖2),由鑄造的齒輪輪轂(圖3)
和鍛造的齒圈(圖4)熱壓配合成(解釋:由幾個部分合并成一個整體)一體。因為鍛造整體為合金鋼材料的大齒輪費用(expense)很高,進(jìn)行熱處理(chǔ lǐ)時,也會因結(jié)構(gòu)龐大而價格昂貴。采用組合式結(jié)構(gòu),雖然齒圈仍為合金鋼材料(如42CrMo,20CrMnTi等),但其厚度僅為5mn(mn是齒輪的法向模熱處理費用。而齒輪輪轂(形狀:圓桶形)可以用價格低廉的球墨鑄鐵(如QT500-2),也可用灰鑄鐵(HT200)。齒圈內(nèi)孔與齒輪輪轂外徑(外緣直徑)的配合要適當(dāng)。過盈量太大會造成裝配困難,在加熱裝配的時候,如果裝配溫度太高,還會造成回火脆性,還會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力;過盈太小,結(jié)合壓強低,齒圈在工作時會打壞,造成失效。選擇過盈量要經(jīng)過嚴(yán)格的計算,才能確定傳遞載荷所需要的結(jié)合壓強,從而得出恰當(dāng)?shù)挠行н^盈量,輪轂和齒圈的配合,一般為t6。根據(jù)過盈量的數(shù)值,再計算出齒圈熱裝時的加熱溫度,一般要大于200℃,但要注意避開某些造成材料回火脆性的溫度。為了便于裝配,齒圈的孔端和輪轂的進(jìn)入端都應(yīng)該加工倒角。通常可取倒角α=10,倒角的寬度A可取10mm,分別如圖5和圖6所示。輪轂和齒圈的配合面的粗糙(cū cāo)度一般不得高于6.3,粗糙度過高會影響結(jié)合強度。
2硬齒面漸開線齒輪(Gear)的加工。
由于擠泥機的運動精度和工作平穩(wěn)性的要求都不很高,完全可以在滾齒機上進(jìn)行加工,從而降低(reduce)了加工成本。
由于對接觸精度要求比較高,這就需要增加一些加工手段,使齒面的接觸斑點沿齒長不少于70%,沿齒高不少于50%.小齒輪(Gear)和大齒輪都要進(jìn)行表面淬火,小齒輪的齒表面硬度一般在HRC54以上,大齒輪的齒表面硬度可稍低一些。在設(shè)計齒輪參數(shù)時,為了提高小齒輪的強度,小齒輪都是取正變位系數(shù)。齒輪材質(zhì),齒面的硬度,齒輪的側(cè)隙,齒輪的接觸斑點等,這些都是關(guān)鍵項目,必須嚴(yán)格檢驗把關(guān),以確保齒輪的質(zhì)量。
3中硬齒面雙圓弧齒輪的加工。齒輪減速電機1、R系列同軸式斜齒輪減速機結(jié)合國際技術(shù)要求制造,具有很高的科技含量2、節(jié)省空間,可靠耐用,承受過載能力高,功率可達(dá)132KW; 3、能耗低,性能優(yōu)越,減速機效率高達(dá)95%以上;4、振動小,噪音低,節(jié)能高;5、選用優(yōu)質(zhì)鍛鋼材料,鋼性鑄鐵箱體,齒輪表面經(jīng)過高頻熱處理;6、經(jīng)過精密加工,確保軸平行度和定位軸承要求,形成斜齒輪傳動總成的減速機配置了各種類電機,組合成機電一體化,完全保證了產(chǎn)品使用質(zhì)量特性。
擠泥機中的齒輪,也可以采用中硬齒面的雙圓弧齒輪。雙圓弧齒輪的接觸強度高,承載能力強,磨損(零部件失效的一種基本類型)小而均勻(jūn yún),振動和噪音都較小,較平穩(wěn)。其加工方法和硬齒面漸開線齒輪差不多。中硬齒面雙圓弧齒輪的結(jié)構(gòu)毛坯的制造和漸開線齒輪相同。因為中硬齒面雙圓弧齒輪的齒面硬度在HB280~350之間,熱處理(chǔ lǐ)較為簡單,大齒輪只進(jìn)行一次調(diào)質(zhì)處理。雙圓弧齒的加工也是在滾齒機上進(jìn)行,但必須有專用的圓弧齒輪滾刀,所以更換配件比較困難,只有原制造廠才能供應(yīng)。另外,雙圓弧齒輪對齒輪軸孔和中心距的誤差相當(dāng)敏感(感覺敏銳),因而對齒輪箱體(BOX)加工的精度要求很高。鑄造或焊合的齒輪箱體,必須經(jīng)過時效(Prescription)處理,以免在使用中變形而影響齒輪效果。
4結(jié)語。
由于國家限制粘土制磚,利用煤矸石,粉煤灰等工業(yè)廢渣制磚的生產(chǎn)線將逐步增多;產(chǎn)品也從普通磚,多孔磚發(fā)展到各種空心磚;成型工藝也由軟塑成型發(fā)展到半硬塑和硬塑成型;擠泥機的動力由幾十kW增加至幾百kW;許用擠壓力由1MPa提高到4MPa.所有這些,都對擠泥機的系統(tǒng)提出了更高的要求。行星齒輪減速機又稱為行星減速機,伺服減速機。在減速機家族中,行星減速機以其體積小,傳動效率高,減速范圍廣,精度高等諸多優(yōu)點,而被廣泛應(yīng)用于伺服電機、步進(jìn)電機、直流電機等傳動系統(tǒng)中。其作用就是在保證精密傳動的前提下,主要被用來降低轉(zhuǎn)速增大扭矩和降低負(fù)載/電機的轉(zhuǎn)動慣量比。只有采用硬齒面齒輪取代傳統(tǒng)的軟齒面齒輪,國產(chǎn)擠泥機才能提高到一個新的水平。經(jīng)過多年的使用實踐證明,上述工藝制造的硬齒面齒輪,其成本較低,其使用壽命和無故障工作時間都大大高于JC3422-91標(biāo)準(zhǔn),具有很高的可靠性,給用戶帶來了很好的效益,深得用戶的好評,是一項值得推廣的技術(shù)。