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大模数锥齿轮的简易制造方法 |
1 引言
在港口装卸设备中，进口设备占有很大的比例。进口设备具有承载能力大，操作简便，运行平稳，耐用等一系列优点，但进口设备的配件价格昂贵，供货期长，加之外国机械设备更新换代过快，给国内维修进口设备采购配件造成了很大的困难。例如，我们港有几台日本产住友UC－25型轮胎式起重机的行走传动系统中一对英制大模数锥齿轮损坏了，购买国外的配件不仅价格昂贵，而且供货周期太长，严重影响设备的维修和及时投产使用。国内一般机械制造厂没有大模数锥齿轮刨齿机，无法加工；一些重型机器厂虽有大模数锥齿轮刨齿机，但供货时间太长，而且要价过高。为此我们根据设计制造锥齿轮的展成原理及其传动的几何尺寸参数计算，对已破损的大模数锥齿轮大端进行了测绘，计算出大模数锥齿轮各部几何参数。用这些参数先做成木型，再铸成金属铝模型，用金属铝模型进行精密铸造。加工好内花键孔后，装在螺旋铣齿机上，进行配对研磨修正齿形。经实测完全达到了进口配件的技术性能，及时解决了维修时大模数锥齿轮配件供应的难题。
现将我们的做法简介出来，供同行们参考。
2 锥齿轮的测量与计算
由于设备上拆卸下来的锥齿轮已经损坏，但该齿轮大端并未磨损，齿形的外轮廓完整，这就给实际测绘与计算带来方便。
2.1 锥齿部分实测数据
齿数：齿轮Z1=17，齿轮Z2=21；轴交角90°；齿顶圆直径：Φｚ1=269.30mm，Φｚ2=312mm顶锥角Φｅ1=44°30′， Φｅ2=56°30′，齿高h=33.4mm齿形角α=20°齿宽B=76mm。
2.2 参数的计算数据
模数m=14.51 齿高h=33.38mm
冠齿齿数：ZＫ=27.02 外锥距：ｌｅ=196.03mm
节锥角：Φ1=38°59′ Φ2=51°01′
齿顶角：θ =4°14′ 齿根角：γ=5°30′
顶锥角：Φｅ1=44°29′ Φｅ2=56°31′
根锥角：Φｉ1=33°29′ Φｉ2=45°31′
分度圆直径：d1=246.67mm d2=304.71mm
当量齿数：Zd1=21.87 Zd2=33.34
分度圆弦齿厚（大端）：Ｓｘｎ1=Ｓｘｎ2=22.77mm
2.3 渐开线内花键部分实测数据
（1）齿数Z=17的锥齿轮的渐开线花键数据
孔外径D外=88.90mm 齿数Z=20
孔内径D内=81.17mm 跨棒距M=74.024mm
量棒直径7.315mm 基节为ｔｉ=11.50mm
（2）齿数Z=21的圆锥齿轮的渐开线花键数据
孔外径D外=105.86mm 孔内径D内=98.11mm
齿数Z=24 跨棒距M=91.003mm
量棒直径7.315mm 基节为ｔｉ=11.50mm
（3）模数和压力角
根据英制数据转换模数为m=4.23，压力角为α=30°，基节为ｔｉ=11.50mm。
3 制造工艺
3.1 制做模型
根据测绘和计算出来的大模数锥齿轮的几何参数，先做成木型，然后再铸成金属铝模型，对铝模型进行必要的修整。
3.2 精密铸造
为确保铸造的精密度，型砂采用树脂砂，锥齿轮材质选用ZG40Cｒ进行熔化浇铸。
3.3 选择配对铸成的锥齿轮
浇铸成锥齿轮后，进行检测，选出无缺陷、质量好的锥齿轮，进行配对。
3.4 加工锥齿轮的内花键孔和花键
加工锥齿轮内花键孔时，要以大小锥齿轮的轮毂Φ132、Φ110为基准，找正锥齿轮外径Φ312、Φ269，找正后，再进行加工，确保锥齿轮的外径Φ312、Φ269与内花键孔同心。
基准：选用锥齿轮花键孔和轮毂端面。在拉床、推床或插齿机上加工花键。
对此英制渐开线花键孔的加工，定做了非标准锥柄插齿刀来插花键孔，提高了加工精度和生产效率。
3.5 配对研磨修正齿形
将选择好的一对锥齿轮，以花键孔为基准安装在螺旋伞齿铣上（也可设计一个简易装置，在车床或铣床上）进行反正转配对研磨修正齿形。研磨时，要在相互啮合的齿间注入研磨剂。
3.6 热处理
为提高齿轮强度及消除铸造应力，在初步研磨后进行热处理。小齿轮整体调质，ＨB229~269，齿面表面淬火，ＨＲC55~60，淬硬层深0.8~1.5mm。大齿轮整体调质，HB229~269，齿面表面淬火，ＨＲC50~55。
热处理时应注意保护花键孔，尽可能减小孔及花键的变形。热处理后进行最终配对研磨。
3.7 喷丸处理
为了降低齿形和花键表面的粗糙度、增强耐磨性，淬火处理后，可进行喷丸处理。
4 结束语
在近五年中，我们使用这种简易制造方法，总共制造了8套大模数锥齿轮，在日本住友UC－25型轮胎式起重机上使用，迄今未出现任何问题。实践证明，这种简易工艺的优点是：工艺过程简单，制造容易，成本仅为进口配件费用的2/5，每套4 200元，生产周期短，供应及时，解决了维修中急需配件的老大难问题，取得了较好的技术和经济效益。
通信地址：天津市塘沽区天津港物资供应有限责任公司（300456） |
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