适用于单幅板结构减速器直径大于1m铸造齿轮的设计与制造

李学茹

天津赛象科技股份有限公司，天津 300384

0 引言

铸造齿轮主要有平幅板、斜幅板、单幅板和双幅板等主要型号。通常情况下，机械制造行业对平幅板、斜幅板、单幅板和双幅板的应用情况及适合的场合确定如下:平幅板、斜幅板型式主要适合应用于直径小于0.5m的齿轮；单幅板型式主要适合应用于直径0.5m～1m的齿轮；双幅板型式主要适用于直径大于1m的齿轮。

对于直径大于1m的铸造齿轮，关于铸造齿轮的单幅板或双幅板型式，主要还是由齿轮的直径D和宽度B来确定的，其中最重要的参数是直径D。

闻邦椿院士领衔主编的《机械设计手册》（第5版，2010年1月由机械工业出版社正式出版中所做的推荐为:单幅板铸造齿轮适合用于直径400mm～1000mm的情形，且宽度B小于200mm；双幅板铸造齿轮适合用于直径大于 1000mm的情形，且宽度小于200mm～450mm。

众所周知，双幅板齿轮比单幅板的铸造难度要困难一些，而且成本还要高。在铸造齿轮生产中，表现出的问题就是双幅板齿轮比单幅板齿轮的清砂难度系数加大了很多。当各幅板都是双幅时两层幅板间的残砂难以清除干净。这个问题对开式齿轮传动情况不是一个问题，而对于闭式齿轮传动装置的减速器就变成了一个重要的问题，而且是不易解决的问题。这就是要求开展用于减速器的直径大于1m且径宽比大于2的单幅板型式的铸造齿轮的重要原因。

1 单幅板结构减速器的直径大于1m铸造齿轮的设计思想

1.1 用单幅板替代双幅板

为了保证整体结构的强度，在幅板厚度选取上，采用了单幅板厚度按双幅板的两层厚度的叠加厚度选择。一般情况下对双幅板厚度的选取是按照闻邦椿院士推荐数据C2=H/5（C2-每层幅板厚度，H-每条轮辐宽度）进行选择的。

其中H=0.8dh（ dh-齿轮孔径）。由此可知，C2=H/5=0.16 dh。

当我们按照保证整体结构参数的强度选择单幅板厚度C1取双幅板两层厚度之和时，即有C1=2 ，C2=2×0.16 dh=0.32 dh≈dh/3。这就是说单幅板厚度可取齿轮孔径的1/3。

1.2 采用八条轮辐

齿轮轮幅一般以六条最为常见，也有利用四条或三条的。齿轮采用八条轮辐，是利用齿轮直径大于1m的特点设计出来的，才有了铸造八条轮辐的位置和空间。八条轮辐的设计产生了每条轮辐用于支撑齿轮的圆周长度比六条轮辐小的特点。例如当齿数是120时，在六条轮辐设计的情况下时，每20个齿就要有由一个圆周段支撑；而在八条轮辐设计的情况下，每15个齿就要由一个圆周段来支撑，这样就达到了提高外缘齿轮的强度的要求。

1.3 轮辐与轮缘间大圆弧过渡联接

减速器大齿轮的齿面宽度范围，通常在200mm～40mm之间。超过0.5m宽的居少数。一般将其铸成双幅板型式就是保证宽齿面的强度。轮辐与轮缘交界铸有铸造圆角作为消除铸造应力的手段。但这只是正常的铸造工艺采用的铸造圆角，圆角取值为轮辐厚度之半。

双幅板支撑轮缘，其间距略小于齿宽。单幅板由于位置居中，就有了使轮辐与轮缘间大圆弧过渡联接的空间。也就是说从小铸造圆角加大为大圆角过渡。这个圆弧半径至少比铸造圆角增大三四倍，用来保证外缘较宽齿轮的强度。

图1 单幅板结构的减速器用铸造齿轮

2 单幅板结构减速器的直径大于1m铸造齿轮的设计与铸造

按照上述设计理念进行了设计，图1为减速器用2m直径铸造齿轮，采用了单幅板八条轮辐结构型式。该示例齿轮宽度400mm，径宽比为5。具体实施方式:减速器齿轮的又一结构型式的应用，需重新制作铸造模型。对于既有产品，单幅板型式齿轮与双幅板齿轮具备互换功能。

3 结论

在满足使用要求的情况下，根据单幅板结构减速器直径大于1m铸造齿轮材质的特点和工艺性对其主要零部件的结构、材料等进行了设计改进和选材。对齿轮的工艺性能、经济性等进行优化，部件的使用性能和结构进一步完善，保证外缘较宽齿轮的强度。经过3年的实际工业应用，表明该单幅板结构减速器直径大于1m铸造齿轮的优化和改进是科学合理的。

[1]现代传动机械手册编委会.现代传动机械手册[M].2版.北京:机械工业出版社，2002:481.

[2]齿轮制造手册编辑委员会.齿轮制造手册[M].北京:机械工业出版社，1998:128.