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摘 要： 摘要：齒輪傳動(dòng)裝置是機(jī)械傳動(dòng)中最為關(guān)鍵的一種形式，其與設(shè)備的整體運(yùn)轉(zhuǎn)水平密切相關(guān)，并且會(huì)直接影響產(chǎn)品的制造過(guò)程及質(zhì)量，同時(shí)其也是影響設(shè)備性能的關(guān)鍵因素。因此在冶金領(lǐng)域應(yīng)用該裝置的過(guò)程中必須明確各項(xiàng)性能參數(shù)及主要的制造技術(shù)，并根據(jù)齒輪的特點(diǎn)
摘要：齒輪傳動(dòng)裝置是機(jī)械傳動(dòng)中最為關(guān)鍵的一種形式，其與設(shè)備的整體運(yùn)轉(zhuǎn)水平密切相關(guān)，并且會(huì)直接影響產(chǎn)品的制造過(guò)程及質(zhì)量，同時(shí)其也是影響設(shè)備性能的關(guān)鍵因素。因此在冶金領(lǐng)域應(yīng)用該裝置的過(guò)程中必須明確各項(xiàng)性能參數(shù)及主要的制造技術(shù)，并根據(jù)齒輪的特點(diǎn)選擇合適的技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合齒輪的應(yīng)用現(xiàn)狀對(duì)其未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而在精度、技術(shù)等多個(gè)方面加以調(diào)整，本文就對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)探討。
關(guān)鍵詞：冶金機(jī)械,齒輪傳動(dòng)裝置,制造技術(shù),發(fā)展趨勢(shì)
冶金行業(yè)自上世紀(jì)70年代誕生以來(lái)一直呈高速發(fā)展之勢(shì)，各地區(qū)在短時(shí)間內(nèi)建立了多個(gè)規(guī)模較大的冶金企業(yè)，如寶鋼和武鋼等，在此期間各冶金企業(yè)購(gòu)置了德國(guó)、比利時(shí)、日本等多個(gè)國(guó)家所生產(chǎn)的性能較好的傳動(dòng)裝置，有效提升了齒輪裝備的整體水平，但目前我國(guó)還應(yīng)根據(jù)冶金企業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)研發(fā)先進(jìn)的制造技術(shù)，提升我國(guó)的自主冶金水平。
1制造技術(shù)
1.1現(xiàn)狀
目前企業(yè)所采用的傳動(dòng)裝置中的齒輪多為硬齒面，包括磨削、淬火等多種不同的形式。在齒輪制造過(guò)程中需要采用噴砂、齒根、壓力淬火及探傷等多種先進(jìn)技術(shù)，如果齒輪結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且體積較大，還需要進(jìn)行焊接。
另外，齒輪制造對(duì)于精度及承載能力等多項(xiàng)參數(shù)要求較高，因此多采用單斜齒，如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在一些限制條件，可將單斜齒進(jìn)行組裝，并且可以選擇多流式傳動(dòng)裝置，這樣能夠使力矩的傳遞效率更高[1]。另外，為了使齒輪的承載能力能夠達(dá)到最高，需要采用變位、修緣等多種技術(shù)。此外，軋制機(jī)械中齒輪制造要求高，必須確保其精度高于80%，如果未能達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，則需要反復(fù)進(jìn)行調(diào)整。
1.2性能參數(shù)選擇
齒輪傳動(dòng)對(duì)于使用期限、經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)特點(diǎn)、承載能力等各個(gè)方面要求較高，為滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，必須做好性能參數(shù)的選擇工作。具體來(lái)說(shuō)，齒輪的副參數(shù)之間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，如果其中一項(xiàng)參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，必然會(huì)影響其他參數(shù)，因此需要考慮載荷是否均勻及強(qiáng)度等各項(xiàng)要素。對(duì)于配對(duì)齒輪來(lái)說(shuō)，需要把握好大、小齒輪的載荷，確保兩者載荷的分配足夠均勻;對(duì)于同一齒輪來(lái)說(shuō)，載荷均勻性的控制要點(diǎn)在于齒面和齒根。
只要把握好這些要點(diǎn)，就能夠確保齒輪的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。另外，在選擇齒輪參數(shù)時(shí)還應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)基本原則。第一是中心距，需要根據(jù)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，而沒有直接可參考的標(biāo)準(zhǔn)，從制造成本上考慮，在滿足要求的前提下，盡可能的選擇小的中心距。第二是齒寬系數(shù)，輪齒越寬，承載能力越高，但增大齒寬會(huì)使齒面的載荷分布趨于不均勻，影響傳動(dòng)的穩(wěn)定性，齒寬系數(shù)應(yīng)取得適當(dāng)。
標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪計(jì)算公式為椎d=b/d1，b、d1分別代表的是有效齒寬、小齒輪分度圓直徑[2]，并加以圓整，通常為防止裝配后齒輪錯(cuò)位導(dǎo)致嚙合齒寬減小，常把小齒輪的齒寬在計(jì)算齒寬的基礎(chǔ)上增加5~10mm。第三是模數(shù)和齒數(shù)，在中心距確定后兩者成反比關(guān)系。增加齒數(shù)，減小模數(shù)，能增大重合度，改善傳動(dòng)的穩(wěn)定性，但降低了輪齒的彎曲強(qiáng)度。為了使齒輪的彎曲強(qiáng)度更大，應(yīng)選擇較小的齒數(shù)，這樣便能夠增大模數(shù)。
1.3齒輪材料
當(dāng)前冶金機(jī)械用傳動(dòng)裝置中的齒輪、齒圈等各個(gè)部件在加工過(guò)程中均選擇的是性能較好的優(yōu)質(zhì)合金鋼，具體來(lái)說(shuō)，在加工調(diào)質(zhì)齒輪時(shí)主要選擇的是42SiMn及40Cr等材料，其硬度HB280~320。如承受重大沖擊載荷的齒輪，選用低碳合金滲碳鋼或碳氮共滲鋼，一般采用20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等材料，熱處理后齒面硬度HRC58~63。另外，對(duì)于重載齒輪來(lái)說(shuō)，必須在計(jì)算應(yīng)力分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)硬化層深度加以調(diào)整。
1.4技術(shù)應(yīng)用
輪齒修形是重載高精度齒輪加工的一個(gè)重要加工環(huán)節(jié)，可分為齒向和沿齒高兩種不同的修形形式。前者的修形長(zhǎng)度為L(zhǎng)=0.1cos茁，修行量介于0.1到0.15之間。后者主要采用的是修齒頂?shù)奶幚矸绞剑谛扌芜^(guò)程中應(yīng)從單雙齒的分界點(diǎn)開始，修形量應(yīng)控制在角誤差的兩倍左右，但這兩種修形方式都需要經(jīng)過(guò)磨削處理環(huán)節(jié)，可由砂輪機(jī)完成。并且這兩種修形方式均可用于調(diào)質(zhì)、淬火等多種類型的齒輪，主要處理方式為磨齒[3]。另外，在處理齒輪時(shí)主要采取的是粗加工的方式，而對(duì)于齒根則需要控制好相切曲線，確保齒根足夠光滑，這樣就能夠避免應(yīng)力過(guò)于集中。
1.5軸承的選擇
對(duì)于減速機(jī)而言，主要采用的是滾動(dòng)類型的軸承。但在具體選擇的過(guò)程中，還應(yīng)把握好以下幾項(xiàng)要點(diǎn)。第一，如果齒輪為短粗型，則應(yīng)選擇圓錐型軸承，并將彎曲度控制在0到2之間。第二，對(duì)于人字齒輪裝配，則可選擇球面軸承，盡可能的選用較寬系列，這樣就能夠在原有基礎(chǔ)上減少軸承與鏜孔的壓力比。同時(shí)，還應(yīng)控制好這兩項(xiàng)參數(shù)的配合程度，確保最終的配合較為松動(dòng)，以免軸向游動(dòng)效果受到影響。
2發(fā)展趨勢(shì)
目前隨著生產(chǎn)工藝要求及技術(shù)水平的提升，傳動(dòng)裝置將會(huì)朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。
第一是高強(qiáng)度，即齒輪中超過(guò)95%的部分應(yīng)采用性能較好的硬齒面技術(shù)，而在加工過(guò)程中所選擇的材料必須在強(qiáng)度、彎曲度和抗疲勞度等多個(gè)方面達(dá)標(biāo)。為了促使齒根的過(guò)渡效果更好，需要進(jìn)行噴丸處理，這對(duì)于提高齒輪整體的承載力具有重要作用[4]。
第二是高精度，目前在加工時(shí)多采用的是磨齒和刮削等工藝，精度最高可達(dá)六級(jí)，粗糙度介于0.8到1.6之間，而未來(lái)則會(huì)得到更進(jìn)一步的發(fā)展，即在確保齒輪精度滿足生產(chǎn)要求的同時(shí)還能促使其在傳動(dòng)過(guò)程中更加平穩(wěn)，并且使用期限能夠延長(zhǎng)，同時(shí)還能夠有效控制噪音，進(jìn)而有效保障生產(chǎn)環(huán)境的質(zhì)量。
第三是輪齒修形技術(shù)的應(yīng)用，目前所采用的傳動(dòng)裝置最大的特點(diǎn)在于速度較高且承載能力較強(qiáng)，能夠承受極大的負(fù)重，這與齒輪的嚙合效果較好密切相關(guān)。另外，減速器也進(jìn)行了修形處理，對(duì)于保障嚙合質(zhì)量具有重要作用。
第四，目前冶金設(shè)備的體積逐步增大，并且已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，在這種狀況下需要重點(diǎn)考慮的是齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)是否足夠可靠，只有設(shè)備的可靠性達(dá)標(biāo)，才能滿足生產(chǎn)要求。為了使設(shè)備性能更好，需要遵循少齒數(shù)、大模數(shù)的基本原則，這樣不僅能夠保障設(shè)備質(zhì)量，同時(shí)還能在原有基礎(chǔ)上極大地縮減制造成本。
例如上世紀(jì)70年代和80年代減速機(jī)的齒數(shù)分別介于125到189之間和65到160之間，因此齒數(shù)明顯有所減少，目前已經(jīng)能夠?qū)X數(shù)控制在61到108之間，而未來(lái)則會(huì)朝著這一方向持續(xù)發(fā)展。第五是柔性均載機(jī)構(gòu)，其是齒輪發(fā)展的主要方向，目前企業(yè)多采用的是扭力桿柔性裝置，并且運(yùn)用了柔性傳動(dòng)技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上明顯提升了齒輪的承載能力，這對(duì)于改善設(shè)備性能具有重要作用，未來(lái)隨著柔性傳動(dòng)技術(shù)功能的擴(kuò)展，其應(yīng)用范圍將會(huì)越來(lái)越廣。
第六，齒輪傳動(dòng)總體來(lái)說(shuō)較為可靠，但也必須減少原動(dòng)機(jī)的種類，并嚴(yán)格控制傳動(dòng)速比，進(jìn)而控制設(shè)備慣性，促使過(guò)渡過(guò)程速度更快。另外，目前計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用較為普遍，因此可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，這樣能夠使該機(jī)構(gòu)運(yùn)行的準(zhǔn)精確性達(dá)標(biāo)，未來(lái)隨著計(jì)算機(jī)功能的不斷完善，對(duì)機(jī)構(gòu)控制的精確性也將會(huì)進(jìn)一步得到提升。
第七，工作機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電流量增大，這樣必然難以控制電機(jī)成本。針對(duì)這一問(wèn)題，需要采用高速電配機(jī)，這樣能夠縮小電機(jī)尺寸，進(jìn)而節(jié)約供電資金，同時(shí)也能夠起到減少發(fā)熱損失的作用，對(duì)于控制能耗量具有重要作用。第八，齒輪傳動(dòng)裝置的系統(tǒng)未來(lái)將會(huì)更加復(fù)雜，需要用到各種力學(xué)知識(shí)，整個(gè)分析過(guò)程難度較高，但這會(huì)明顯提升設(shè)備的性能并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
3結(jié)語(yǔ)
總而言之，目前齒輪傳動(dòng)裝置的性能較為完善，并且運(yùn)用了各種先進(jìn)的制造技術(shù)，但在冶金要求持續(xù)提升的過(guò)程中還需要對(duì)各項(xiàng)參數(shù)及零部件進(jìn)行調(diào)整，不斷提升技術(shù)水平，使得冶金行業(yè)能夠進(jìn)一步得到發(fā)展，也能促使設(shè)備的性能能夠更加完善，本文就對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了深入探究。
參考文獻(xiàn)
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