南京高精齿轮集团有限公司 江苏南京 211103
摘要：本文主要针对大功率高速齿轮箱的设计展开分析，思考了大功率高速齿轮箱的制造的方法，明确了如何进一步开展设计制造工作，提出了一些比较可行的措施，可供参考。
关键词：大功率；高速齿轮箱；设计；制造
前言
在大功率高速齿轮箱的设计环节，要进一步确保设计的质量和制造的质量，这就需要提高大功率高速齿轮箱的设计制造的水准，对其进行进一步的研究和分析就显得十分必要。
1、齿轮箱加工的技术难点
在我国某烟草机械有限责任公司中，其使用的齿轮箱零件是ZJ19B卷接机组后身部位的重要零件，通过对该齿轮箱结构特点的分析可以看出，齿轮箱的加工中存在一定的难度：1）齿轮箱的空间尺寸较小，不方便进行测量，并且在加工的过程中，不方便对其进行控制，不能通过测量来保证；2）齿轮箱需要进行加工的部位较多，并且必须具备几何公差的部位也要求严格；3）齿轮箱没有确切的定位面，很难进行装夹；4）齿轮箱所使用的材料为ZL101A，在受到压力的情况下，很容易发生变形的情况。
2、大功率高速齿轮箱设计制造的关键点
2.1开线齿形，采用渗碳后磨齿工艺
渐开线齿形是一种有二百年历史的齿形。国内目前已有功率为六千马力，圆周速度达96米/秒的成功例子。国外已有圆周速度达20米/秒，或功率达几万至十万马力（采用功率分支）的报导。其最后工序多在马格（Mag）磨齿机上进行磨削加工。它主要优点是，由于采用了磨齿工艺，渐开线齿形比较准确。在齿高方向的接触线可达70%。在高速齿轮中，周期误差是振动的主要起因。所以渐开线齿形的准确性是一个很有利的因素。但在马格磨齿机磨齿，齿轮在轴向长度的接触线，由于有一机构要靠人工扳动，这会使p角产生约10°的误差，因而在一定程度上影响了接触精度。
传动中在力的作用下，轮齿会产生一定的变形。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为保证在受力情况下，仍保证轮齿有一个正确的渐开线齿形；同时为了减少冲击，所以要进行齿顶修缘。用于抵偿轮齿的弯曲变形。有时还要进行齿腹修正（即螺旋线修正）。
在国内，马格磨齿机数量不多。在进行齿顶修缘时，对每一个齿数不同的齿轮，都要单独做一个精度很高的靠轮。每个齿轮齿数，又是由精度很高的挂轮组合而决定的，因而限制了更多不同齿数齿轮的加工。用此法加工的齿轮，精度是比较保证的，但工艺相对复杂些，若没有高精度的设备，难以保证加工质量。
2.2渐开线齿形，精滚后进行氮化热处理
瑞士BBc公司氮化齿轮的典型工艺为：粗滚—60℃以上除应力—精加工至尺寸—氮化热处理（在500至52。℃整式炉中保温80小时）。我国用此工艺也成功地创造了功率为二万马力以上，圆周速度达86米/秒的齿轮箱。实践证明，这也是一种成功的工艺。这种工艺是在高精度的滚齿机上进行加工（例如西德的RFW10S型滚齿机，安装精度可达到加工4级齿轮的精度）。所加工的齿轮可达到5级。氮化处理后变形很少而且相当均匀，经测量，精度仅下降半级左右。齿面硬度可达到Hv700。用这种工艺加工的齿轮在螺旋线方向接触很好，可达90%以上；但在齿高方向接触较差，只能达到40%。我国生产的齿轮滚刀只能达到AA级。有关部门曾试制出AAA级的齿轮滚刀，但在渐开线齿形这个项目未达到预定的要求。
如果在氮化热处理以前，先进行剃齿，齿轮精度还可以进一步提高。关键在于要有一把精度要求相当高的剃齿刀。对此目前有关部门正在进一步研究。
对渐开线齿形来说，在大功率高速传动的情况下，适当采用较小的模数，较大的齿高，以增加齿的柔性，对减少齿轮的动载荷有很大的作用。国内有关单位，采用了苏联的船用齿形，其特点是齿高为2.SnI（一般正常齿高为2.25nI），侧隙系数比一般齿形取得稍大一些，以便容纳更多的润滑油，加强冷却润滑的效果。制造了一套专用滚刀，专门用于高速齿轮的滚齿加工，获得了良好的效果。
3、制造的方案和加工的分析
3.1齿轮箱加工方案设计验证过程分析。1.夹具的设计。随着齿轮箱在制造毛坯零件来看，它可以设计出集中模具，根据可行性的合理方案进行实物使用和拼装，通过分析我们看出，在两种存在相同方案的问题中，具体部位的工差加工的要素都是因为模具和刀具不要发生干涉，所以不能在一次装夹的过程中顺利的完成加工工作，这就导致零件的精度不能满足基本的精度要求。这就表明，有具体公差要求的加工要素的位置，需要在一次装夹时结束加工工作，并且做好平面定位，但该平面不属于齿轮箱零件的中间位置。所以说，应该在加工过程中适当的增设一个辅助支撑面，也就是在R29圆柱面上增加并焊接一个矩形工艺搭子，这个搭子的尺寸应该为40mm×15mm×12mm；2.螺纹的加工。齿轮箱零件中主要包括3种内螺纹，分别为M30mm×1.5mm、M45mm×1.5mm和M33mm×1.5mm。在原有的方案中，主要使用的是钳工攻螺纹，这种螺纹的直径较大，并且采用的材料为ZL101A，材质较疏松，极容易出现“烂牙”的情况，从而造成零件报废。针对这一问题，在开发的过程中，主要运用了机床中的“循环262”功能，利用单刀铣螺纹的方式，有效的解决了“烂牙”问题；
3.2重要加工工步分析。（1）对定位面和定位孔的加工。在组合夹具设计中，首先应该对基准线进行核查和校准，加工出D平面并铣出工艺搭子面；之后将D平面上的螺孔加工为43.5H6，并将其作为定位孔来使用；为了使接下来需要加工的零件能够装夹压紧，就需要在工艺搭子的两侧增加两个压紧槽，并保证其对称；（2）齿轮箱斜面和孔的加工。在设计组合夹具时，应该对其进行校准，然后以102°的角度来翻转A轴，从而加工端面、外圆和内孔等主要部位；之后以180°的角度来翻转A轴，从而加工另一个端面、外圆、内孔和内螺纹，并保证同轴度为0.02mm；最后将A周翻转到原有的位置，然后分别翻转±21.5°；（三）A基准孔和B基准孔的加工，设计组合夹具。要想避免压板之间压在已经完成加工的Ra1.6对称斜面上，要么会损坏齿轮箱上面零件的精准度，需要设计出在加工中会常使用的紧压模块，这种紧压模块的倾斜角度要与齿轮箱零件的倾斜角度保持一致，操作过程中，压板也是应该紧紧压在紧压模块上，形成紧压模块与零件他们的斜面角度保持一致，这样才能够压紧零件同时保持了零件的完整程度；（4）工艺搭子的去除。根据组合模具在设计中我体会到了齿轮箱的零件是具有很薄的孔壁，材料是ZL101A，假如在加工中出现了过于紧压，就能够造成孔壁的变形，但是紧压的力度欠缺的话，将会出现工件导致移动的现象，严重的说可能会造成零件工件的报废。假如齿轮箱的零件将压力控制好避免发生移动就必须增强辅助的顶压力，这就非常需要设计出预紧压力，这种斜面的设计角度也要考虑零件斜面，两者保持一致，在使用期间就可以避免造成对加工完成的工件浪费和伤害。
4、结束语
综上所述，在大功率高速齿轮箱的设计过程中，一定要采取更好的设计方法，明确大功率高速齿轮箱的设计要求和设计的具体的措施，才能够保证大功率高速齿轮箱的设计制造效果。
参考文献
[1]向雄方.车身冲模数控加工工艺设计研究[J].制造技术与机床，2017（4）.45
[2]孙振明，徐敏强，王日新.齿轮箱故障诊断中信号解调方法的研究[J].中国机械工程.2018（17）.7
[3]赵章焰.齿轮故障诊断模糊判据的研究[J].振动与冲击.2002（02）.
[4]成琼，于德介，程军圣.基于高斯线调频小波变换能量谱的齿轮故障诊断[J].振动与冲击.2017（02）.09
论文作者:李宁波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/14
标签：齿轮箱论文; 加工论文; 齿轮论文; 齿形论文; 零件论文; 渐开线论文; 精度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第25期论文;