張萍

　　超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接通常是指配合長(zhǎng)度超過(guò)1000mm的過(guò)盈聯(lián)接。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，工業(yè)企業(yè)向著環(huán)境美好型、資源節(jié)約型、節(jié)能增效型、超大型及重型化發(fā)展，各行業(yè)普遍使用的齒輪傳動(dòng)也在向大型、重型化發(fā)展。目前，企業(yè)對(duì)大型、超大型齒輪箱的需求增加，其傳動(dòng)零件齒輪、齒輪軸也向高精度、大規(guī)格發(fā)展。特別是軋機(jī)用主減速器，因其較大的轉(zhuǎn)矩和功率，隨著減速器規(guī)格的大型化，其輸出大齒輪的過(guò)盈量和配合長(zhǎng)度也相應(yīng)增加，有些過(guò)盈配合長(zhǎng)度已超過(guò)1000mm，屬于超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接件。
　　1　傳統(tǒng)過(guò)盈聯(lián)接齒輪與齒輪軸裝配
　　過(guò)盈聯(lián)接齒輪與齒輪軸裝配時(shí)通常采用加熱裝配的方法，加熱方法分為火焰加熱、感應(yīng)線圈加熱及整體加熱等。由于火焰加熱和感應(yīng)線圈加熱僅是對(duì)內(nèi)孔部位進(jìn)行加熱，熱傳導(dǎo)快但加熱不均勻，適用于小型零件裝配；大中型齒輪裝配均采用整體加熱方法。加熱溫度及加熱保溫時(shí)間確定如下。
　　1.1　確定加熱溫度
　　加熱溫度

　　式中：T為被加熱工件所需的加熱溫度，℃；Δs為工件配合處公稱(chēng)尺寸的過(guò)盈量值，mm；Δe為熱裝時(shí)所需的必要裝配間隙量，mm；t為室溫，℃；α為工件的線膨脹系數(shù)，1/℃。
　　1.2　確定加熱保溫時(shí)間
　　加熱保溫時(shí)間

　　式中：τ為加熱或保溫時(shí)間，min；K為裝爐系數(shù)，K取1（加熱、保溫）；α為加熱或保溫系數(shù)，加熱時(shí)α取1.0~1.1min/mm，保溫時(shí)α取0.5~0.6min/mm（燃?xì)鉅t、合金鋼）；D為工件等效截面，mm。

　　2　超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接齒輪與齒輪軸裝配難點(diǎn)
　　以某大型軋機(jī)滲碳淬火硬齒面主減速器輸出大齒輪裝配為實(shí)例，配合部位公差φ850H7/s6，配合長(zhǎng)度1245mm，過(guò)盈量為0.486mm。大齒輪與齒輪軸簡(jiǎn)圖分別如圖1、2所示。

圖1　大齒輪

圖2　齒輪軸

　　如按傳統(tǒng)裝配方法熱裝該超長(zhǎng)聯(lián)接齒輪軸組，可能會(huì)存在如下問(wèn)題。
　?。?）大齒輪外形尺寸較大，通常采用整體加熱的方法進(jìn)行裝配。采用前述式（1）、（2）保守計(jì)算加熱溫度超200℃，加熱、保溫時(shí)間各54h。加熱溫度已經(jīng)超過(guò)回火溫度160℃，而且較長(zhǎng)的加熱、保溫時(shí)間會(huì)導(dǎo)致齒面退火，降低齒面強(qiáng)度，導(dǎo)致整機(jī)性能下降。
　　（2）降低大齒輪加熱溫度，縮短加熱、保溫時(shí)間，大齒輪內(nèi)孔脹量減少，會(huì)使裝配時(shí)大齒輪與齒輪軸無(wú)間隙或間隙過(guò)小，導(dǎo)致無(wú)法裝配或裝配困難。
　?。?）選擇加熱溫度接近回火溫度時(shí)，如果加熱過(guò)程控制不到位，個(gè)別時(shí)段也會(huì)出現(xiàn)溫度超過(guò)回火溫度繼而影響齒面強(qiáng)度，或溫度低于加熱溫度導(dǎo)致大齒輪內(nèi)孔脹量不夠的情況。
　?。?）低于回火溫度的加熱溫度和較短的加熱保溫時(shí)間，大齒輪是否能夠達(dá)到計(jì)算的脹大尺寸，是裝配成功的關(guān)鍵，該數(shù)值在裝配前如何測(cè)量校驗(yàn)？
　?。?）較小的裝配間隙條件下如何實(shí)現(xiàn)大齒輪和齒輪軸的超長(zhǎng)可靠裝配。
　　（6）大齒輪加熱后裝配時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)大齒輪脹量減少、齒輪軸導(dǎo)熱脹大等問(wèn)題，將造成大齒輪與齒輪軸無(wú)間隙或過(guò)小間隙裝配，導(dǎo)致裝配中途卡死。
　?。?）由于較大的過(guò)盈量及較長(zhǎng)的配合長(zhǎng)度，裝配完畢后的冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的收縮縫隙，導(dǎo)致大齒輪的裝配精度降低。

　　3　超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接齒輪與齒輪軸裝配方案
　　在低于回火溫度的加熱溫度和較短加熱、保溫時(shí)間條件下，如何精準(zhǔn)控制加熱溫度、準(zhǔn)確校核內(nèi)孔脹量、實(shí)現(xiàn)小間隙超長(zhǎng)配合長(zhǎng)度的可靠裝配？經(jīng)過(guò)充分的計(jì)算和論證，確定了適合超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接齒輪與齒輪軸裝配方案。
　?。?）通過(guò)低于回火溫度10℃的加熱溫度進(jìn)行反推計(jì)算，用低于回火溫度的加熱溫度加熱大齒輪后，大齒輪與齒輪軸裝配時(shí)能實(shí)現(xiàn)的間隙量約為0.73mm。
　　（2）考慮到大齒輪為焊接結(jié)構(gòu)，中間焊接腹板形成多個(gè)空腔，熱傳導(dǎo)均勻，較易加熱脹開(kāi)的特點(diǎn)，計(jì)算加熱、保溫時(shí)間時(shí)，忽略腹板部位厚度，工件有效截面僅按齒圈及輪轂部位厚度計(jì)算，取值約為常規(guī)算法的1/4，在其他參數(shù)選取不變的情況下，加熱、保溫時(shí)間縮短為僅有傳統(tǒng)時(shí)間的1/4。
　　（3）大齒輪在加熱爐加熱時(shí)，使用熱電偶監(jiān)控加熱溫度，內(nèi)孔、外圓90°間隔各放置4個(gè)熱電偶（內(nèi)孔外圓電偶位置錯(cuò)開(kāi)約45°），熱電偶與電子監(jiān)控器連接，加熱過(guò)程中隨時(shí)觀察大齒輪各部分溫升情況，必要時(shí)通過(guò)調(diào)整加熱口的火力來(lái)控制大齒輪的加熱溫度，避免加熱溫度超過(guò)回火溫度，或加熱溫度過(guò)低導(dǎo)致大齒輪內(nèi)孔脹量達(dá)不到要求。
　?。?）加熱溫度低及加熱、保溫時(shí)間短，大齒輪加熱后內(nèi)孔尺寸脹量小，準(zhǔn)確校驗(yàn)大齒輪內(nèi)孔是否達(dá)到必要的脹量是裝配的關(guān)鍵。大齒輪內(nèi)孔尺寸通常用內(nèi)徑千分尺精準(zhǔn)測(cè)量，但由于加熱后的大齒輪溫度較高，不宜使用內(nèi)徑千分尺，故采用T型量棒校驗(yàn)大齒輪內(nèi)孔尺寸。質(zhì)檢人員熱裝前用外徑千分尺校對(duì)T型量棒，校對(duì)值即為大齒輪加熱脹大后內(nèi)孔的計(jì)算值。采用T型量棒校驗(yàn)大齒輪加熱后的脹量，保證熱裝的可靠實(shí)施。
　　T型量棒校對(duì)尺寸

　　式中：D1為熱裝配合軸徑實(shí)際尺寸；Δe為熱裝時(shí)所需的必要裝配間隙量，實(shí)際取0.73mm。
　?。?）在加熱爐旁放置等高方箱及等高墊鐵，根據(jù)大齒輪尺寸調(diào)整好方箱及等高墊鐵的位置，長(zhǎng)平尺平放于兩方箱等高墊鐵上，用測(cè)微準(zhǔn)直儀測(cè)量、找正等高墊鐵水平，確保各等高墊鐵上平面的平面度及等高誤差小于0.05mm左右；以調(diào)整好的等高墊鐵端面為基準(zhǔn)，用1000mm直角尺檢查齒輪軸垂直度，確保齒輪軸軸線與大齒輪端面垂直，避免小間隙條件下因大齒輪端面與齒輪軸軸線不垂直導(dǎo)致的裝配卡死。
　　方箱、墊鐵和軸提前找正，T型量棒提前校驗(yàn)至校對(duì)尺寸D；2臺(tái)天車(chē)配合，一臺(tái)提前起吊找正好的齒輪軸，另一臺(tái)起吊加熱的大齒輪；加熱完成后，2位穿好熱裝的鉗工同時(shí)操作，一位在熱裝爐前等待用T型量棒校驗(yàn)大齒輪內(nèi)孔脹量，另一位在方箱上等待指揮熱裝。盡可能縮短熱裝輔助時(shí)間，避免裝配中途卡死。
　　（6）為了消除大齒輪冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的收縮縫隙，根據(jù)大齒輪及齒輪軸裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱裝壓緊裝置，在大齒輪冷卻過(guò)程中不斷地把緊螺栓，根據(jù)工藝給定值控制擰緊力矩，以消除冷縮縫隙，提高裝配精度。熱裝壓緊裝置如圖3所示。

圖3　熱裝壓緊裝置

　　4　效果
　　超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接大齒輪與齒輪軸裝配方案的實(shí)施，降低了熱裝溫度，大大縮短了加熱、保溫時(shí)間，提高了工效；針對(duì)性地解決了該裝配過(guò)程中的難題；經(jīng)質(zhì)檢部門(mén)檢驗(yàn)裝配質(zhì)量，滿(mǎn)足圖紙要求。該減速器有2件輸出大齒輪，另一件也按照上述方案實(shí)施，經(jīng)質(zhì)檢部門(mén)檢驗(yàn)同樣滿(mǎn)足圖紙要求。熱裝如圖4所示。

1.起吊工具；2.熱裝壓緊裝置；3.大齒輪；4，5.等高方箱；6.齒輪軸
圖4　熱裝示意

　　5　結(jié)語(yǔ)
　　超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接大齒輪與齒輪軸裝配與傳統(tǒng)裝配方法相比，有以下幾方面的改進(jìn)。
　　（1）加熱溫度低于回火溫度，加熱、保溫時(shí)間顯著縮短，在很大程度上降低了熱裝對(duì)大齒輪性能的不良影響；熱電偶對(duì)加熱過(guò)程的監(jiān)控，確保大齒輪加熱溫度可控及受熱均勻；采用T型量棒測(cè)量校驗(yàn)大齒輪內(nèi)孔脹量，準(zhǔn)確度高，易操作，可靠性強(qiáng)。
　?。?）等高墊鐵和齒輪軸熱裝前的找正，控制齒輪軸的軸線與大齒輪端面垂直度，確保小間隙裝配的有效實(shí)施。
　　（3）使用熱裝壓緊裝置后，熱裝配合端面貼合緊密無(wú)縫隙，確保大齒輪具備較高的裝配質(zhì)量。
　?。?）2臺(tái)天車(chē)配合，鉗工多工位集體協(xié)同作業(yè)，縮短了熱裝過(guò)程的輔助時(shí)間。
　　裝配實(shí)例證明，超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接大齒輪與齒輪軸裝配流程科學(xué)、合理，可操作性強(qiáng)，滿(mǎn)足了圖紙要求，可為類(lèi)似軸類(lèi)零件的熱裝提供借鑒，具有一定的推廣價(jià)值。

　　引文格式：
　　[1]張萍.超長(zhǎng)過(guò)盈聯(lián)接齒輪裝配方法探究[J].礦山機(jī)械，2018，46(10):61-64.

來(lái)源：《礦山機(jī)械雜志》