程燮丰 徐业海 汤善杰 黄德金

(桂林禾田建筑机械有限公司,广西桂林 541001)

格利森弧齿锥齿轮材料、热处理选择及装配调整

程燮丰 徐业海 汤善杰 黄德金

(桂林禾田建筑机械有限公司,广西桂林 541001)

近年来,我国机械工业得到了快速发展,尤其是减速机行业得到长足进步,但良莠不齐,以次充好,却时有发生。本文通过对常用减速机用格利森弧齿的材料、热处理选择、装配调整进行介绍与分析,提供相应方法及措施,为该系列减速机的使用者提供相应检测手段,方法及参考。

机械工程 格得森弧齿锥齿轮材料选用 热处理工艺 装配调整。

1 格利森齿轮介绍及材料、热处理方式的选择

渐开线锥齿轮的齿制达40多种,我国常用的齿制有Gleason、Oerlikon、Kingelnberg三种。其中应用最广泛也是最常见到的是Gleason(格利森)弧齿锥齿轮。格利森齿制的特点是：(1)使用特点：该齿轮减速机旨在为节省传动空间,改变传动方向,可选传动比大,传动平稳无冲击,结构简单,承载能力强。(2)齿形特点：格利森齿形复杂,齿宽中点螺旋角为35°,齿长方向是一段复杂的产形轮圆弧齿线,齿廓方向为精确的球面渐开线。

齿轮材料及热处理的选择是影响齿轮承载能力、使用寿命、齿轮质量和成本的主要因素。选择齿轮材料及热处理时,要综合考虑齿轮的工作条件,如：载荷性质,大小、工作环境、材料来源、经济性、热处理工艺等因素。由于格利森齿轮传动特性的特点,使得齿轮的材料及热处理多样化。齿轮强度的计算以齿宽中点的齿轮尺寸为基准,以中点当量圆柱齿轮为计算点,分齿轮齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度：(1)齿轮齿面接触疲劳强度,此强度考核两齿轮接触后齿面抵抗疲劳产生点蚀能力,强度不足时点蚀增加破坏致使齿轮失效;(2)齿根弯曲疲劳强度,此强度考核齿轮轮齿的抵抗冲击,承载能力及弹性变形破坏的能力,强度不足时导致轮齿断裂。即齿轮的基本要求就是即要保证有足够的齿面的强度,硬度,和耐磨性,又要保证齿轮根部有足够的强度,韧性。根据上述齿轮分析可见,首先选择的是在满足载荷情况下的材料及相应的热处理,其次就是尽量选择价格经济又方便获得的材料,现就格利森锥齿轮常用的材料及热处理做相关介绍。

(1)调质+高频淬火：选用中碳钢。如：45#钢、40Cr、30CrNi3、40CrNi2Mo等。(2)渗碳淬火：选用低碳合金钢如：20CrMnTi,17CrNiMo6,20CrNi2Mo等。(3)氮化：选用中、低碳合金钢如：30CrNi2Mo,38CrMoAl等。(4)碳氮共渗：选用低碳合金钢如：20CrMnTi,17CrNiMo6,20CrNi2Mo等。

以上齿轮材料及热处理达到的齿轮特性作如下解析：中碳钢材料来源广泛,经济,具有良好的强度和韧性;调质、高频淬火后齿面硬度高。在满足承载的情况下尽可能选用。对于承载要求比较高,有冲击,脉冲载荷的情况下可以选用中、低碳合金钢及相应的热处理,可获得很好的抗点蚀及耐磨损性能。使用氮化工艺的齿轮由于氮化层很薄,不宜使用在冲击载荷大的条件下。低碳合金钢可用碳氮共渗,能同时达到渗碳和渗氮的综合性能,表面硬度更高,抗点蚀效果更好。

2 格利森齿轮的装配及调整

对于加工精度及热处理合格的齿轮副怎样进行装配调整,则是对于齿轮使用寿命及质量的最后一个关键步骤,装配好的齿轮必须达到以下几个方面的要求：(1)运行平稳,无冲击,无振动,无卡滞现象。(2)噪音在允许范围内并无异响。(3)齿轮副传动过程中温升在要求范围内。(4)负载平稳,安全,可靠。

从齿轮啮合的特性出发来分析格利森齿轮侧隙调整的过程,首先该齿轮副是装配在壳体或箱体内。对于低速,轻载的齿轮副,主动轮(小齿轮)可为悬臂,而对于重载的齿轮副主动轮两边均加相应支承。轻载时,接触区会向齿轮大端扩展;满载时,接触区布满整个齿面大部分,两齿轮副的分锥及轴线必相交于一点,装配时只须调整主动锥齿轮和从动锥齿轮的轴向距离,即可调整出合理的侧隙。

首先在主动齿轮齿面上涂上侧隙检测色剂转动两齿轮副,看色剂附着的位置及范围,如果范围均匀,在齿顶下方三分之一处,侧隙在0.2～0.3mm时,为合理位置,可不用调整侧隙。当加工累计误差使齿轮副出现(1)无侧隙;(2)侧隙太大时,调整方法相应有两种;1)对于无侧隙的齿轮副将会出现色剂附着在主动轮的顶部及从动轮的根部或出现在从动齿轮的顶部及主动轮的根部,这是由于从动齿轮或主动齿轮安装距轴向调整过量,使得无侧隙引起的结果;无侧隙会导致齿轮局部应力集中,磨损加速,甚至断齿并加速轴承的失效;当无侧隙时,加入相应的垫片以调整到合适间隙。2)对于侧隙过大的时候将会出现色剂附着在主动轮和被动轮的顶部。这是由于从动轮和主动轮安装距轴向调整尺寸不够引起,侧隙过大时将引起齿轮副运行过程冲击,异响,瞬时速度不一致。当侧隙过大时,可加工承载主或从动锥齿轮法兰面,以调整到合适间隙;此外由齿轮加工及热处理误差引起的不良接触区如：内对角接触,外对角接触,大端宽小端窄接触,大端窄小端宽接触接触等等。可增加齿轮研磨的方法加以调整。

怎么简单有效检查侧隙呢？可用千分表指针于被动轮齿面上,固定主动轮,转动被动轮可以测量侧隙。

式中θ——节锥角;

Δjn——齿轮的侧隙变动量;

α——压力角;

一般侧隙在0.2～0.3mm较为合理。

齿轮副调整后接触区应达到的效果：(1)接触区呈长椭圆形且接触均匀;(2)占齿长方向的35～50%,在齿面中部偏小端且离边缘1/5处;(3)占齿高方向的40～60%且在齿顶下方1/3处。

实践证明此文提供的格利森齿轮材料及热处理选择上可行;装配调整方法可靠,方便,已在我公司实践生产中得到运用。

[1]机械设计手册(新版)第三卷.机械设计手册编委会编著.北京：机械工业出版社,2004.8.

[2]机械设计手册单行本.机械传动.成大先主编,化学工业出版社,2002.5.

[3]丁志华,王嘉玲,编著.齿轮公差及其选用.国防工业出版社,1987.7.

[4]孙殿注,董学朱.真实齿面啮合分析.机械工程学报,2000,36(8)：98～101.

程燮丰(1977.09-),男,江西余干人,本科,助理工程师,研究方向：建筑机械。