李智
太重煤机有限公司 山西 太原 030032
摘要：齿轮制造过程复杂,很容易受到外部因素的干扰，这样会影响齿轮加工的精度，降低采煤效率。本文针对采煤机齿轮加工中误差进行了分析，并探讨了加工工艺。
关键词：采煤机；齿轮加工；误差；加工工艺
前言
采煤机是煤矿开采过程中一项必不可少的辅助工具，其性能、技术、安全性等对煤矿开采的效率和人员安全皆有非常重要的意义。但我国对综采采煤机创新技术的研究和探讨还有待进一步深入。
1国内采煤机制造工艺概述
电牵引滚筒采煤机的零件主要可分为三大类：壳体类；齿轮类（含行星轮架）；结构件。其中对零件精度、强度要求较高的关键件主要包括摇臂壳体、内外牵引壳体、主机架、齿轮、行星轮架、链轮等，还有部分液压阀体部件、调高油缸部件等。
1.1壳体类零件的加工工艺路线
壳体类零件的加工工艺路线为：划水平腰线、各孔十字线、检查毛坯余量→龙铣粗铣各大平面→镗床粗铣各孔系→热处理→数控龙铣精铣各面→数镗精镗各孔系→臂钻→钳工。
1.2齿轮类零件的加工工艺路线
采煤机齿轮类零件主要包括行星轮架和常规齿轮两类。
1.2.1行星轮架类零件的加工工艺为：车→超探→正火→车工→滚齿→渗碳→车工→划线钻铣线→钻工→铣工→粗镗→钳工加深铰丝、修齿圆角→淬火→车工→磨工→镗行星架孔→三坐标检测孔距及轴向尺寸→磨齿形→磁探→钳工→完检。
1.2.2常规齿轮类零件的加工工艺为：粗车→探伤→正火→半精车留渗碳和淬火余量→滚齿留磨量→渗碳→半精车去碳层留磨量→淬火→精车→磨齿→探伤→钻、铣→钳工铰丝→齿侧及齿根喷丸强化→齿面磁力探伤→钳工打磨毛刺并倒棱→完工检验。
1.2.3结构件的加工工艺路线
采煤机中的主要结构件为主机架，其加工工艺路线为：左右机架分别加工接合面及联接孔→钳工合套（左中右机架）→合套加工（牵引、电控箱体及油缸）→安装定位面及联接部位→钻各部安装盖板孔→完工检验。
2国内采煤机制造工艺改进
2.1齿轮制造工艺改进
采煤机中齿轮是主要的传动和承载零件之一，其质量决定了其使用寿命，其主要使用的是渗碳淬火工艺。齿轮加工中，主要注意控制采煤机硬齿面齿轮的制造精度，减少接触冲击，提高承载能力、传动平稳性、啮合精度、齿根弯曲强度和齿面疲劳强度。
2.1.1齿轮修形工艺的应用
齿廓修形：通过修缘以减轻轮齿的冲击振动和噪声，减小动载荷，改善齿面的润滑状态，减缓或防止胶合破坏。
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齿向修形：齿向修形可以改善载荷沿轮齿接触线的不均匀分布，提高齿轮承载能力。
2.1.2齿轮材料及热处理工艺改进
直齿硬齿面齿轮：采用具有高冲击韧性的低碳镍铬合金钢制作传动部齿轮，经表面渗碳和调质处理，以提高齿面接触强度、芯部弯曲强度和过渡层强度。
销轨（链）轮：销轨轮齿槽采用全齿形淬火技术，形成了全齿形不等量均匀加热新工艺，优化了硬度梯度分布，提高了轮齿强度及抗磨性能。
2.2高速传动轴制造工艺改进
在采煤机工作中通过齿轮箱驱动截割部动作，故该系统起着承前启后的关键作用。摇臂一轴系统与动力部分连接，采用浮动油封进行油腔密封，其磨损较快，容易漏油，会造成齿轮过热、噪声，油流进电机腔会造成电机毁坏等一系列质量问题。
通过数据分析发现：随着油封线速度的增加，对轴表面的光洁度要求也越高，但并不是越高越好。太光滑的表面存不住润滑油膜，将会使橡胶体与轴直接产生干摩擦，反而会缩短油封使用寿命。故在选择渗碳淬火工艺保证轴硬度的前提下，通过不完全磨掉渗碳层对其进行镀铬处理从而达到减缓一轴磨损、延长寿命的目的，同时增加喷丸处理，在强化材料的同时形成贮油的微洞，从而形成微型动压油膜结构，在密封间隙中形成稳定的油膜，减小油封唇口的磨损。改进后的采煤机一轴的工艺加工路线为：粗车→探伤→调质→车工（齿顶车成）→滚齿→渗碳→车工（装密封处碳层留合适）→淬火→车工→磨工→镀铬（装密封处镀铬）→磨工→磨齿→车工（切掉加长部分）→插齿→检验→喷丸→钳工。
2.3导向靴激光熔覆技术的应用
采煤机导向靴工作状态下频繁与输送机、销排摩擦碰撞，磨损大，寿命短，常规制造工艺不能完全满足井下的使用要求。故在导向靴原有加工工序完成后，在导向靴内槽面进行激光熔覆处理，在基体表面上涂覆选择的涂层材料，经激光辐照使之与基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善导向滑靴表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等特性，提高了导向靴工作的可靠性。
3减少采煤机齿轮加工误差和提高精度的方法
3.1改良齿坯端面
齿坯端面直径的大小对采煤机齿轮制造的精度有着一定影响，一般情况下，齿坯基准端面是通过内孔定位的技术来确定的，其端面跳动的大小与端面的直径成正比，所以，确定齿坯端面直径的大小，需要计算出齿坯端面跳动大小的范围。齿坯定位端面跳动量△g的具体范围公式是：
Ag=O．00065(Dj+20)．
根据上述公式可知，当基准端面直径Di为120mm时，端面跳动的大小△g=0．091mm。当齿坯端面跳动的大小超过标准值时，就会对齿轮制造的精度造成较大影响，一般情况下，在盘状齿轮中，齿坯端面跳动大小超标的情况较为严重，所以，改进齿坯端面的大小，可以有效地保证内孔定位的准确性，从而减少加工过程中的误差。
3.2改进夹具设计
工件孔与夹具心轴的间隙大小，是影响齿轮制造精确度的重要因素，如果间隙设计不够合理，则会出现几何偏心，出现偏心距后会使夹具出现变形情况，变形后的误差会增大齿坯的端面跳动的范围，还会影响端面内孔定位的准确度。为了避免这种情况的发生，必须减少端面振摆对定位的干涉，调整夹具心轴的定位形式，可以用短圆柱定位代替长圆柱，提高内孔定位的精度。短圆柱定位的方式更加精确，其轴向的位置更接近轴心，其长度的大小可以随意调整，标准的长度一般为5～8mm。短圆柱的安装也较为方便，因为齿轮大部分轴颈直径的大小都稍小于定位圆柱的直径。为了防止夹具出现夹紧变形的情况，必须防止夹具出现偏心的问题，寻找夹具心轴的轴度需要在多种情形下进行，这样，当齿坯夹紧后，夹具的中心偏心率会大大减少。另外，防止齿轮制造出现误差，还可以通过提高齿坯的精度实现，精度高的齿坯在加工的过程中，与定位心轴的间隙更加合理，这样就可以避免间隙误差情况的发生，从而更好地在夹紧隋况下对找正夹具心轴的同轴度进行调整。夹具底面的固定止口使得工作台轴心和夹具心轴的轴心重合，但与夹具配合始终存在间隙，导致误差存在。改进的地方用了4个微调螺丝钉，将夹具的固定止口改为了可微调偏心的止口，从而使得夹具安装偏心量找正容易并接近于零。对于D／B<I的情况，用球面垫圈对基准端面定位，这样4个自由度中只限制了1个自由度，减少了齿坯的端面跳动对加工的影响，明显减小了误差。为防止圆周转动，加了一个挡销，防止球面垫圈在圆周方向的滚销力作用下向圆周方向滑动。
结束语
在齿轮制造的过程中，采用精度更高的齿坯，可以使齿坯与定位心轴的间隙更加合理，从而提高齿轮制造的精度以及效率。
参考文献：
［1］魏延刚．渐开线直齿圆柱齿轮的边缘效应与齿向修形初探［J］．中国机械工程，2017，22（12）：75－76．
［2］吕瑞林，负瑞光，胡滔，等．采煤机高强度摇臂壳体的研制［J］．煤矿机械，2016，36（2）：75－77．
论文作者:李智
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/4
标签：齿轮论文; 端面论文; 夹具论文; 心轴论文; 渗碳论文; 误差论文; 精度论文; 《防护工程》2018年第13期论文;