机械压力机齿轮断齿修复法——快速镶齿法

恒小朋

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安710043）

1 引言

在传统的齿轮断齿修理方法中，镶齿法使用的比较多。其第一种方法为：将齿轮从设备上拆掉，对断裂轮齿进行机械加工，在断齿处加工出燕尾槽，然后镶嵌齿形块，并用螺丝、销子固定，按照样板手工修改，有条件时也可用机床加工。对于轮缘较薄的齿轮，加工燕尾槽相对困难，太浅定位作用小，太深可能造成齿轮轮缘局部应力集中，降低齿轮使用寿命。第二种方法为：把折断的齿根部修平，再钻孔攻螺纹，裁上一排圆柱销，然后用电焊接在一体，按照样板手工修改，有条件时也可用机床加工。对于材质较差，齿根部位出现组织疏松的齿轮，修平断齿根部，进行攻螺纹、焊接圆柱销等操作，显然不可靠。

2008年9月，我公司一台老式大型机械压力机大齿轮出现断齿。该齿轮材质为铸铁，轮缘较薄，齿根材料组织比较疏松，与其他厂家的不能互换。而原生产厂家已不存在，一时无法购买合适备件，自己制作周期长，无法满足生产急需。我们使用了一种新型镶齿法——快速镶齿法，较好地解决了难题。

2 镶齿步骤

（1）拆掉齿轮防护罩，清理干净断齿上的油污。

（2）在齿轮断齿上制作7个圆柱销孔，注意孔的排列位置，最边孔距齿轮端面15mm，辐板两侧的孔距轮辐1mm，最中间销孔深度为轮齿高的两倍；加工7个圆柱销，其长度按照齿高、轮缘厚度、销孔深度、轮缘内侧焊接高度相应加工，材料为35钢。

（3）在圆柱销之间镶入与正常齿形大小相同的20钢块，轮缘内侧镶入长方形20钢块。

（4）用J422焊条焊接圆柱销与钢块，严格控制温度，防止齿轮焊接处温度过高。

（5）修磨所焊接的齿形，并与小齿轮啮合试验，观察接触情况。

3 效果

该压力机在未拆掉大齿轮的情况下，两天内恢复正常使用。大小齿轮接触情况：沿齿长方向80%以上，沿齿高方向30%，且大小齿轮啮合声音正常。节约费用预计3万余元。经过3年多使用，所镶的轮齿依旧牢固。

齿轮修复情况如图1所示。

图1 焊接修复图

4 理论与计算

4.1 齿根弯曲强度是保证轮齿不断裂的指标。齿轮轮齿在工作时，其受力状态是典型的悬臂梁，其平衡状态必须满足：

4.2 铸铁与碳钢的性能对比如表1所示。

表1 铸铁与碳钢性能对比

因体膨胀几乎是线膨胀的3倍，过高的温度会使圆柱销与齿轮轮缘之间因收缩不同出现间隙，造成销子松动。

4.3 圆柱销直径计算

4.3.1 齿轮的圆周力F

式中：F——齿轮的圆周力，N；

P——传递功率，kW；

Z——齿轮齿数；

M——齿轮模数，mm；

N——齿轮转速，rpm。

4.3.2 齿根承受的弯矩M

式中：M——齿根承受的弯矩，Nm；

hf——齿根高，mm。hf＝（+，其中为齿顶高系数为顶隙系数；mn为法向模数。

4.3.3 选择圆柱销直径并进行校核

式中：∑S——圆柱销面积之和，mm2；

σs——圆柱销许用弯曲强度，取其抗拉强度的60%，106Pa。

4.4 在断齿上制作销孔时，应注意最外边销孔与轮缘端面的距离，此距离过小时，容易造成轮缘开裂。

4.5 选择圆柱销之间镶块及焊条时，需保证其焊接后强度、硬度与原齿相接近，以免造成冲击。

[1]徐 灏，蔡春源，等.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2000-06.

[2][日]安达胜之.机械公式活用手册.北京：科学出版社，2011-06.

[3]曾正明.实用工程材料技术手册.北京：机械工业出版社，2000-12.

[4]成大先，等.机械设计手册（机械传动）.北京：化学工业出版社，2011-03.

[5]李振石，阮卫平.中小型高性能机械压力机齿轮传动噪声产生原因及控制[J].锻压装备与制造技术，2008，43（3）.

[6]李鹏德，等.降低压力机齿轮传动噪声的几种有效方法[J].锻压装备与制造技术，2010，45（4）.