张鹏 于斌
SEW-工业减速机(天津)有限公司 天津市 300457
摘要：传统的方式在磨削加工硬齿轮方面不但只有较低的生产效率，而且需要耗费较高的加工成本，此外，其还需要较高的加工技术，且操作也比较繁杂。在当今技术不断进步的形势下，人们逐渐开始利用滚齿机上的硬质合金刮削滚刀来对硬齿面齿轮实施滚切加工，这种加工方式只需要较低的加工成本，而且可以达到较高的生产效率，同时其经济型也较高，所以，其在加工齿轮的过程中已经得到了普遍应用。
关键词：磨硬齿面；减速机；设计
1 钢球磨硬齿面减速机
动力齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展。为达到齿轮装置小型化目的，可以提高现有渐开线齿轮的承载能力。各国普遍采用硬齿面技术，提高硬度以缩小装置的尺寸，他的结构特点：
1）机体、机盖均为焊接结构，除端盖外几乎没有铸件。
2）针对高速轴轴承易发热的特点，特别设计了风扇，使其与冷却水管同时降温。
3）为大齿轮设计了单独的小油池，降低油温，以防因大齿轮搅动油而造成能量损失和温升。
4）每件轴承均设有油盒，以保证轴承充分润滑。
5）每种减速机都设计成两种箱式结构，以方便用户的选择。
2 齿轮材料的选择
齿轮用钢的发展趋势：一是含Cr、Ni、Mo的低合金钢；二是硼钢；三是碳氮共渗用钢；四是易切削钢。由于我国缺乏Cr、Ni，常用20CrMnTi渗碳钢或用含硼加稀土钢。重型机械常用18CrMnNiMo渗碳钢或中碳合金钢。在我厂，多年来一直是粗钢铸造大齿轮、粗钢锻造轴齿轮，材料大多是35CrMo、ZG45Ⅱ、37SiMn2MoV等中碳钢，经热处理工艺后达到软齿面8级精度，远远落后于当今先进的齿轮技术。所以，为达到设计硬齿面减速机的目的，齿轮材料决定选用20CrMnMo，此材料不仅价格较低，亦符合齿轮用钢的发展趋势。
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3 结构可靠性虚拟疲劳设计软件
进行产品零部件结构可靠性虚拟疲劳设计首先需要构造产品虚拟样机，目前国内外比较成熟实用的样机几何造型CAD软件有AutoCAD， Pro/E等，同时还有可以进行各种系统仿真分析的多体运动学、动力学软件ADAMS， SIMPACK等。
目前国际知名的通用有限元工程分析软件大多可完成对产品结构进行应力分析、疲劳寿命测试及寿命概率分析的功能，目前见长的软件有ANSYS，MSC/Fatigue， MSC/Nastran，考虑虚拟环境的CFX及FLUENT。近年来，样机的运动、动力学及疲劳分析技术正处于逐渐深人和系统化阶段，但有许多重要内容要填补，如虚拟环境的融入、几何造型、动力学、疲劳分析技术的集成及开放式。
4 钢球磨硬齿面减速机设计
4.1 确定最佳钢球装载量
要保证钢球磨煤机运行在最佳状态，必须首先确定磨煤机的最佳钢球装载量，方法是将磨煤机中加入初始的钢球装载量，让磨煤机运行在设计通风量下，并调节分离器挡板使其提供保持锅炉稳定燃烧所需的最佳煤粉细度，在此状态下，逐渐增加钢球装载量，同时测量磨煤机的出力，磨煤机电流，磨煤机和制粉系统的单位电耗等。那么，当增加钢球装载量时，磨煤机出力增加，制粉系统的单位电耗减少，而当钢球装载量增加到一定程度时，磨煤机的出力增加，制粉系统的单位电耗却反而增加，这时的钢球装载量就是最佳的钢球装载量。从理论上讲，磨煤机补充钢球后，其电流应该回到原来的状态，但是在运行时间较长后，一部分钢球逐渐失去研磨的作用，只消耗电机的电功率，所以在加入合适量的钢球后将不能回到原来的值，而是比原来的值要大，当这个值大到一定程度后，我们就必须对磨煤机中的钢球进行筛选，将没有研磨作用的钢球筛选出来，保证磨煤机的安全和经济运行。那么根据电流的偏差，我们可以根据经验确定磨煤机电流偏差大到什么程度就应该进行筛选。磨煤机钢球补充应该经常进行，最好每周一次，或者更频繁，而不应该一次进行大量的补充。从以上分析可知道，钢球磨损分析适合短期的钢球补充，电流偏差分析则更适合长期的钢球补充（因为原煤特性的测量是比较麻烦的事情），所以在实际运行中我们应该将两种办法结合使用，互相补充，以达到实用而且准确的目的。
4.2 筛卸球装置的改进设计
为减轻工人分选球的繁杂和劳动强度，提高磨煤机的运转率，我们研制开发了新型自动筛卸球装置，在不停磨的情况下实现在线筛选钢球所有每块出料端带槽形筛孔衬板上都铸每块筛孔衬板和端盖之间有的出球空腔，且该空腔下部（靠磨机中心）是出球口。出料螺旋管设有内螺旋管和外螺旋管，内螺旋管设有内螺旋叶片，内螺旋管与外螺旋管之间设有夹层螺旋叶片，夹层螺旋叶片与内螺旋叶片的旋向相反。
磨煤机工作时（负压），煤粉已直接进入选粉机，当钢球直径磨损小于φ30mm和破碎的球运动到筛孔衬板前面时，通过筛孔分别进入到出球空腔，筛孔衬板内的一侧边随磨煤机转动将它们带起，靠钢球自重直接从出球口落下来进入外螺旋管，从外螺旋管出来的大部分钢球落入槽形接球器，通过接收球长形钢管到达收球箱，少数落入内螺旋管返回磨内出料端处，这样不断地把不合格的钢球筛选出来，为保持磨内有一定的平均球径，必须定期补充钢球。此装置优点是无需停机，筛选钢球效率高，环境干净，没有漏煤粉污染现象，可以保持磨煤机高粉磨工作效率。
5 硬齿面齿轮结构优化设计
通过对硬齿面齿轮的结构型式进行优化，大大提高了应用性能与使用寿命，能够在多个场合进行应用。某企业所需要的减速机中，需要的大齿轮通过此种焊接镶圈结构设计方法，应用效果十分良好。由于采用一级斜齿轮传动形式，在传动功率为3000KW的前提下，大齿轮的总重量设计为16吨，减速机构总体重量达到56吨。在新形式的焊接镶圈结构硬齿面齿轮结构中，齿轮外径为3077mm，啮合直径为2670mm，镶圈的内孔直径为580mm。
6 合理选择中硬齿面齿轮用钢的材料及相关热处理工艺
要达到较高的机械性能，齿轮需要不断提高硬度与强度，合金元素如Cr、Mo、等都可以形成弥散碳化物，有效增强弥散强化效果，不但会提高齿轮的强度，同时也会增强塑性与韧性。尤其是一些大型零件，为了避免在回火冷却慢后出现的高温回火脆性，需要选择Mo钢，它的淬透性较好。在调质处理时，不可一味对硬度进行关注，还需要对淬火与回火的温度参数进行关注，才能保持强度与韧性双重效果。淬火的淬硬性决定着齿轮的最终使用综合性能。在齿轮进行设计计算时，如果需要的弯曲应力大，就说明要求硬度高一些，此时便需要淬透性高的齿轮材料，成本相对会高一些，但使用效果可以得到最大保证
结语
在当今工业快速发展的形势下，加工各类机械设备齿轮的技术也得到了快速的提升，如何更好地使加工齿轮的技术变得更为简单，同时又必须降低加工成本并提升经济效益，这是当下探究齿轮加工工艺的主要方向。应用热处理工艺以及切削工艺来对硬齿面齿轮进行加工，不但可以提升齿轮的运转速度以及承载能力，同时还能使其使用寿命得以有效的延长，这是当下一种较好的加工齿轮的技术，应当在工业生产中广泛采用这种加工齿轮的技术。
参考文献
[1]李海翔.渐开弧面齿轮传动的基本理论及试验研究[D].重庆大学，2012.
[2]李大庆.直齿面齿轮啮合性能预控及碟形砂轮磨齿关键技术研究[D].江苏大学，2013.
[3]吕明，梁国星.硬齿面齿轮加工技术进展及展望[J].太原理工大学学报，2012，03：237-242.
论文作者:张鹏,于斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/17
标签：齿轮论文; 钢球论文; 装载量论文; 磨煤机论文; 加工论文; 技术论文; 结构论文; 《防护工程》2018年第30期论文;