超大分体齿轮加工典型工艺的研制

韩振伟

摘 要：文章主要论述了大型臂式斗轮堆取料机，？准90m以上回转机构中，超大分体齿轮，典型加工工艺的研制过程。回转机构做为臂式斗轮堆取料机核心部分，是由回转支承和回转驱动装置、双排交叉滚柱式回转支承、座圈、齿轮、齿轮罩、紧固件等组成。回转驱动装置由电机、减速器、制动器、限距联轴器、机座、罩子等组成。回转机构安装在门座与转台之间。下座圈下部固定在门座上，下座圈上部与带外齿的回转支承外圈相联；上座圈上部支承转台，上座圈下部与回转支承内圈相联。回转驱动装置安装在转台尾部，减速器输出轴上的驱动齿轮与回转支承的外齿相啮合，通过电动机的动力传动，从而实现转台相对于门座的回转，进而完成主机的回转。

关键词：超大分体齿轮；变形规律；齿轮的精度

1 概述

此大型臂式斗轮堆取料机，是针对海外市场开发与研制的新型堆取料设备，它广泛用于水泥、煤炭、冶金等行业的散料混匀装卸，以达到原料品位的均匀稳定。此设备在长料场中，利用行走，俯仰，回转三大运动，旋转斗轮装置，来实现物料的堆、取散料混匀装卸工作。设备高29631mm、回转直径96238mm。

回转机构做为设备核心部分，回转机构安装在门座与转台之间。通过电机的动力传动，从而实现转台相对于门座的回转，进而完成主机的回转。

规格较小设备，回转支承大齿轮为整体结构，此设备由于其结构尺寸增大，国内生产厂家都无法满足。所以，设备的回转支承大齿轮采用分体结构，将大齿轮分成四部分，固定在门座环形梁上。此回转支承，具有结构新颖、设计巧妙、承载能力大、旋转阻力小、寿命长等特点。回转驱动装置采用交流变频电机驱动，立式行星减速机输出轴的小齿轮与固定在门座体上回转支承大齿轮啮合，从而完成堆取料过程中的回转运动。

2 超大分体齿轮的主要结构和参数

模数M=28mm、齿数Z=256、齿宽B=220、齿顶圆直径d=？准7250 mm、分度圆直径d=？准7168mm、压力角α=20°、齿顶高系数X=+0.5。精度等级10GK GB/T10095-88.结构为四等分分体结构，每段之间2～4mm连接间隙，材料ZG42CrMo，热处理要求铸件需经退火处理，调质硬度HB207～241。

3 超大分体齿轮加工典型工艺研制的主要内容

（1）加工设备的选择；（2）研究加工工序和热处理工序变形规律；（3）在此基础之上热处理工序和加工工序工装研制，充分消除大齿轮热处理和加工变形；（4）总体装配精度的保证方法；（5）最后，研究如何降低制造成本，缩短生产制造周期。以上，既大型臂式斗轮堆取料机回转驱动装置中，超大分体齿轮加工典型工艺，是亟待解决的课题。

4 大齿轮的加工与制造典型工艺研制目的

此回转支承大齿轮加工与制造典型工艺研制目的，在于使其具备设备的选择的通用化、齿轮制造精度的稳定化、热处理工序变形加工留量的科学化、齿轮工装设计的简单和通用化、齿轮总体安装精度的可靠化。（1）确保齿轮的设计精度要求，提高其加工效率，实现整机现场平稳运行，延长回转轴承使用寿命的目标。（2）要求工艺的科学先进性、齿轮工装设计的使用安全性、大齿轮加工精度可靠性和产品应用的通用性等特点。

5 回转支承超大分体齿轮的加工与制造典型工艺内容

（1）钢：铸造；（2）热处理：退火（降低钢件硬度，消除钢件内应力，使钢的组织成分均匀化）；（3）划线：划粗糙度12.5各加工面尺寸加工线；（4）立车：车内孔、外圆尺寸留量20～22mm，各端面尺寸留量10～12mm由于齿轮四段合起来大于正圆，需两段分别加工；（5）划线：划齿轮分体结合面尺寸加工线；（6）镗：镗结合面尺寸留量4～5mm；（7）热处理：调质HB207～241（使齿轮获得稳定细致、组织均匀，使其具有良好的综合机械性能）；（8）划线：划结合面尺寸加工线；（9）镗：镗结合面尺寸留量1～2mm，此工序目的是分体齿轮间有4毫米间隙，因结合面尺寸留量1～2m。才能保证四段分体齿轮合成一个整体圆，实现整体加工；（10）立车：a.车：车齿轮与工装非配合尺寸留量2 mm，齿轮与工装配合尺寸其端面留量5mm；b.装配：划工装尺寸中心线，利用工装与齿轮配合尺寸装配，按齿轮定位尺寸和工装定位尺寸定位，将大齿轮四部分按线安装点焊并焊吊装及固定拉筋；c.镗：划线：划大齿轮定位尺寸中心线；镗：按大齿轮定位尺寸中心线找正卡紧。镗齿轮与滚齿工装联接孔（20-φ38孔，φ38 H9按φ30 H9加工，是由于下步热处理时效工序会产生微小变形，为精加工时的修正量）；d.装配：大齿轮与齿轮粗滚齿工装安装螺栓；e.车：车齿轮内孔、外圆尺寸留量7～9mm，各端面留量4～5mm；（11）滚齿：粗滚齿公法线留量8～10mm；（12）热处理：时效处理（消除内应力、稳定尺寸。加热温度Ac1以下100～200℃，保温后炉冷到200～300℃出炉。）；（13）划线：划结合面尺寸加工线；（14）镗：镗结合面尺寸成；（15）立车：a.精车：精车齿轮与工装配合尺寸成，其余尺寸整体加工；b.装配：划大齿轮与精滚齿工装尺寸中心线（需参考虑10序中b.大齿轮装配定位孔尺寸和位置变形需在下序校正），按齿轮定位尺寸和工装定位尺寸定位，将大齿轮四部分按线安装点焊并焊吊装及固定拉筋；c.镗：划线：大齿轮定位、安装尺寸中心线；镗：按大齿轮定位、安装尺寸中心线找正卡紧，镗齿轮定位孔、联接孔成；d.装配：大齿轮与工装安装螺栓；e.精车：精车大齿轮各部尺寸成，并刻V型基准线。（16）滚齿：精滚齿成；（17）检：检测齿轮各项精度指标均达到设计要求；（18）装配：a.将大齿轮与工装拆开；b.将大齿轮与门座组装；c.检测确定齿轮各项精度指标；d.打標记；e.涂漆、包装。注意：跟踪b.序检测大齿轮与门座组装的齿轮精度指标。

齿轮滚齿、热处理工装及工装结构：

齿轮滚齿工装，由于门座机构与齿轮联接后，已超滚齿机滚齿加工范围，需制作滚齿工装才能解决滚齿问题。齿轮滚齿工装采用大齿轮与门座实际工作状态一致的要求。工装为焊接结构，其外圆直径？准6920H8分四段，整体加工上、下端面平行度要求小于0.05mm，每一段分别与两段齿轮配合联接，形成整体圆。每段弦长2847.7mm，弦高517.9。其作用就是分段齿轮与分段齿轮滚齿工联接成为整体，与实际工作状态相一致。分粗滚齿和精滚齿两套工装，下图为齿轮与滚齿工装装配图。

热处理工装相对较简单，每序热处理前在分体齿轮弦长内侧，上、下各焊一个防变形拉筋，即可有效的控制分体齿轮热处理变形。

6 经济技术分析与展望

大型堆取料机产品回转驱动装置中超大分体齿轮加工典型工艺，不仅达到了国际同类产品现有水平，还填补了国内同类产品空白，具有国际先进，国内领先。

每台？准90m大型堆取料机产品，其回转驱动装置价值105万元，配套可立足国内，可为国家节约大量外汇。证明我们的产品，已达到国外先进国家同类产品的性能及要求。

参考文献

[1]郑修本，江献学.机械制造工艺学[M].机械工业出版社，1999.

[2]杨可桢.机械设计基础[M].高等教育出版，2006.

[3]张秉荣.工程技术力学[M].机械工业出版社出版，2008.