您好!欢迎来到大连兴轮轴承有限公司    请登录  
usersale

技术中心

超长过盈联接齿轮装配方法探究
 张萍
  超长过盈联接通常是指配合长度超过1000mm的过盈联接。随着科学技术发展和产业结构的调整,工业企业向着环境美好型、资源节约型、节能增效型、超大型及重型化发展,各行业普遍使用的齿轮传动也在向大型、重型化发展。目前,企业对大型、超大型齿轮箱的需求增加,其传动零件齿轮、齿轮轴也向高精度、大规格发展。特别是轧机用主减速器,因其较大的转矩和功率,随着减速器规格的大型化,其输出大齿轮的过盈量和配合长度也相应增加,有些过盈配合长度已超过1000mm,属于超长过盈联接件。
  1 传统过盈联接齿轮与齿轮轴装配
  过盈联接齿轮与齿轮轴装配时通常采用加热装配的方法,加热方法分为火焰加热、感应线圈加热及整体加热等。由于火焰加热和感应线圈加热仅是对内孔部位进行加热,热传导快但加热不均匀,适用于小型零件装配;大中型齿轮装配均采用整体加热方法。加热温度及加热保温时间确定如下。
  1.1 确定加热温度
  加热温度
  式中:T为被加热工件所需的加热温度,℃;Δs为工件配合处公称尺寸的过盈量最大值,mm;Δe为热装时所需的必要装配间隙量,mm;t为室温,℃;α为工件的线膨胀系数,1/℃。
  1.2 确定加热保温时间
  加热保温时间
  式中:τ为加热或保温时间,min;K为装炉系数,K取1(加热、保温);α为加热或保温系数,加热时α取1.0~1.1min/mm,保温时α取0.5~0.6min/mm(燃气炉、合金钢);D为工件等效截面,mm。
  2 超长过盈联接齿轮与齿轮轴装配难点
  以某大型轧机渗碳淬火硬齿面主减速器输出大齿轮装配为实例,配合部位公差φ850H7/s6,配合长度1245mm,最大过盈量为0.486mm。大齿轮与齿轮轴简图分别如图1、2所示。
图1 大齿轮
图2 齿轮轴
  如按传统装配方法热装该超长联接齿轮轴组,可能会存在如下问题。
  (1)大齿轮外形尺寸较大,通常采用整体加热的方法进行装配。采用前述式(1)、(2)保守计算加热温度超200℃,加热、保温时间各54h。加热温度已经超过最低回火温度160℃,而且较长的加热、保温时间会导致齿面退火,降低齿面强度,导致整机性能下降。
  (2)降低大齿轮加热温度,缩短加热、保温时间,大齿轮内孔胀量减少,会使装配时大齿轮与齿轮轴无间隙或间隙过小,导致无法装配或装配困难。
  (3)选择加热温度接近回火温度时,如果加热过程控制不到位,个别时段也会出现温度超过回火温度继而影响齿面强度,或温度低于加热温度导致大齿轮内孔胀量不够的情况。
  (4)低于回火温度的加热温度和较短的加热保温时间,大齿轮是否能够达到计算的胀大尺寸,是装配成功的关键,该数值在装配前如何测量校验?
  (5)较小的装配间隙条件下如何实现大齿轮和齿轮轴的超长可靠装配。
  (6)大齿轮加热后装配时间过长,会出现大齿轮胀量减少、齿轮轴导热胀大等问题,将造成大齿轮与齿轮轴无间隙或过小间隙装配,导致装配中途卡死。
  (7)由于较大的过盈量及较长的配合长度,装配完毕后的冷却过程中会产生较大的收缩缝隙,导致大齿轮的装配精度降低。
  3 超长过盈联接齿轮与齿轮轴装配方案
  在低于回火温度的加热温度和较短加热、保温时间条件下,如何精准控制加热温度、准确校核内孔胀量、实现小间隙超长配合长度的可靠装配?经过充分的计算和论证,确定了适合超长过盈联接齿轮与齿轮轴装配方案。
  (1)通过低于回火温度10℃的加热温度进行反推计算,用低于回火温度的加热温度加热大齿轮后,大齿轮与齿轮轴装配时能实现的间隙量约为0.73mm。
  (2)考虑到大齿轮为焊接结构,中间焊接腹板形成多个空腔,热传导均匀,较易加热胀开的特点,计算加热、保温时间时,忽略腹板部位厚度,工件有效截面仅按齿圈及轮毂部位厚度计算,取值约为常规算法的1/4,在其他参数选取不变的情况下,加热、保温时间缩短为仅有传统时间的1/4。
  (3)大齿轮在加热炉加热时,使用热电偶监控加热温度,内孔、外圆90°间隔各放置4个热电偶(内孔外圆电偶位置错开约45°),热电偶与电子监控器连接,加热过程中随时观察大齿轮各部分温升情况,必要时通过调整加热口的火力来控制大齿轮的加热温度,避免加热温度超过回火温度,或加热温度过低导致大齿轮内孔胀量达不到要求。
  (4)加热温度低及加热、保温时间短,大齿轮加热后内孔尺寸胀量小,准确校验大齿轮内孔是否达到必要的胀量是装配的关键。大齿轮内孔尺寸通常用内径千分尺精准测量,但由于加热后的大齿轮温度较高,不宜使用内径千分尺,故采用T型量棒校验大齿轮内孔尺寸。质检人员热装前用外径千分尺校对T型量棒,校对值即为大齿轮加热胀大后内孔的计算值。采用T型量棒校验大齿轮加热后的胀量,保证热装的可靠实施。
  T型量棒校对尺寸
  式中:D1为热装配合轴径实际尺寸;Δe为热装时所需的必要装配间隙量,实际取0.73mm。
  (5)在加热炉旁放置等高方箱及等高垫铁,根据大齿轮尺寸调整好方箱及等高垫铁的位置,长平尺平放于两方箱等高垫铁上,用测微准直仪测量、找正等高垫铁水平,确保各等高垫铁上平面的平面度及等高误差小于0.05mm左右;以调整好的等高垫铁端面为基准,用1000mm直角尺检查齿轮轴垂直度,确保齿轮轴轴线与大齿轮端面垂直,避免小间隙条件下因大齿轮端面与齿轮轴轴线不垂直导致的装配卡死。
  方箱、垫铁和轴提前找正,T型量棒提前校验至校对尺寸D;2台天车配合,一台提前起吊找正好的齿轮轴,另一台起吊加热的大齿轮;加热完成后,2位穿好热装防护服的钳工同时操作,一位在热装炉前等待用T型量棒校验大齿轮内孔胀量,另一位在方箱上等待指挥热装。尽可能缩短热装辅助时间,避免装配中途卡死。
  (6)为了消除大齿轮冷却过程中产生的收缩缝隙,根据大齿轮及齿轮轴装配结构设计热装压紧装置,在大齿轮冷却过程中不断地把紧螺栓,根据工艺给定值控制拧紧力矩,以消除冷缩缝隙,提高装配精度。热装压紧装置如图3所示。
图3 热装压紧装置
  4 效果
  超长过盈联接大齿轮与齿轮轴装配方案的实施,降低了热装温度,大大缩短了加热、保温时间,提高了工效;针对性地解决了该装配过程中的难题;经质检部门检验装配质量,完全满足图纸要求。该减速器有2件输出大齿轮,另一件也按照上述方案实施,经质检部门检验同样完全满足图纸要求。热装如图4所示。
1.起吊工具;2.热装压紧装置;3.大齿轮;4,5.等高方箱;6.齿轮轴
图4 热装示意
  5 结语
  超长过盈联接大齿轮与齿轮轴装配与传统装配方法相比,有以下几方面的改进。
  (1)加热温度低于回火温度,加热、保温时间显著缩短,在很大程度上降低了热装对大齿轮性能的不良影响;热电偶对加热过程的监控,确保大齿轮加热温度可控及受热均匀;采用T型量棒测量校验大齿轮内孔胀量,准确度高,易操作,可靠性强。
  (2)等高垫铁和齿轮轴热装前的找正,控制齿轮轴的轴线与大齿轮端面垂直度,确保小间隙装配的有效实施。
  (3)使用热装压紧装置后,热装配合端面贴合紧密无缝隙,确保大齿轮具备较高的装配质量。
  (4)2台天车配合,钳工多工位集体协同作业,缩短了热装过程的辅助时间。
  装配实例证明,超长过盈联接大齿轮与齿轮轴装配流程科学、合理,可操作性强,完全满足了图纸要求,可为类似轴类零件的热装提供借鉴,具有一定的推广价值。
  引文格式:
  [1]张萍.超长过盈联接齿轮装配方法探究[J].矿山机械,2018,46(10):61-64.
来源:《矿山机械杂志》
发布时间:2019-07-21


  • 电话咨询

  • QQ咨询

微信号
手机站
微场景