钢球磨硬齿面减速机设计

杨丽

摘 要：针对市场需求、我厂磨机配套减速机现状及动力齿轮装置发展趋势，立足于我厂现有的加工设备，随着近年渗碳、淬火—磨齿工艺的发展日臻成熟，齿轮材料用精炼钢，采用ISO原版公式，合理的角变位设计，经过细致反复的计算，自主创新设计了两种新型硬齿面减速机（F3782.00、F3783.00），为我厂今后的长远发展打下了良好基础。

关键词：渗碳；淬火；硬齿面减速机

中图分类号：TD534 文献标识码：A

圆柱齿轮在机械产品中应用广泛，品种、规格繁多。长期以来，在齿形上以采用渐开线齿形为主。在一般设计中较多采用中碳钢（或中碳合金钢）调质处理的齿轮（也称软齿面齿轮），很少采用低碳合金钢经渗碳淬火处理的齿轮（也称硬齿面齿轮）。

在工艺上，对于冶金、矿山、起重运输、通用等机械中所用的大、中模数齿轮，一般采用调质处理—滚齿工艺，但近年来，滚齿—渗碳、淬火处理—磨齿工艺逐渐发展起来。

1 钢球磨减速机现状

以我厂为例，钢球磨减速机是我厂长期生产的批量产品，基本上都是1975年以后陆续设计的图纸。三十年来，只是随着标准化的贯彻局部改动外，其设计结构、性能、参数基本未变，全部為铸造机体机盖、粗钢铸造大齿轮、粗钢锻造轴齿轮，软齿面8级精度。虽然多数勉强能达到5～10年的运转寿命，但其间所出现的振动、噪声、发热、渗漏油等缺陷，造成停车维修，在不同程度上影响用户的经济效益，造成产品声誉不佳。在新建电厂的招标会上，用户对沈重的磨机比较欣赏，纷纷提出要沈重的磨机，而减速机却要国外订货，退一步也要南高齿厂、川齿厂或天津中美合资厂的减速机，这就部分地缩小了我们的销售市场。

2 设计新型硬齿面减速机

无论是现今动力齿轮装置的发展趋势，或是我厂钢球磨减速机的现状，从哪一点考虑，设计新型硬齿面减速机都是必须的。

2.1 齿轮材料的选择

齿轮用钢的发展趋势：一是含Cr、Ni、Mo的低合金钢；二是硼钢；三是碳氮共渗用钢；四是易切削钢。由于我国缺乏Cr、Ni，常用20CrMnTi渗碳钢或用含硼加稀土钢。重型机械常用18CrMnNiMo渗碳钢或中碳合金钢。在我厂，多年来一直是粗钢铸造大齿轮、粗钢锻造轴齿轮，材料大多是35CrMo、ZG45Ⅱ、37SiMn2MoV等中碳钢，经热处理工艺后达到软齿面8级精度，远远落后于当今先进的齿轮技术。所以，为达到设计硬齿面减速机的目的，齿轮材料决定选用20CrMnMo，此材料不仅价格较低，亦符合齿轮用钢的发展趋势。

2.2 齿轮热处理工艺及精炼工艺

2.2.1 热处理工艺

齿轮热处理工艺一般有渗碳（或碳氮共渗）、氮化、感应淬火、调质等四类。当前总的趋势是提高齿面硬度，渗碳淬火齿轮的承载能力可比调质齿轮提高2～3倍，可以获得高的表面硬度、耐磨性、韧性和抗冲击性能，能提供高的抗电蚀、抗疲劳性能。因此，通过渗碳淬火，然后磨齿，可以达到硬齿面6级精度的目的。

2.2.2 精炼工艺

通过以下合理先进的工艺，使齿轮材料为精练钢，保证其机械性能提高10%～15%：

除P、S有害杂质，使其含量≤0.015，以提高其韧性。

除H2、O2，使其真空度≤3ppm，减少白点和砂眼。

除渣，保证材料性能，使其缺陷达Ⅱ级，许用当量φ3.5以下。

2.3 设计计算

针对我厂长期系列生产的KH2724减速机，设计了全新的硬齿面减速机：F3782.00。

设计计算时，全部齿轮基本采用合理的角变位设计，使其接触强度提高15%～30%，此乃先进设计公认的数据；齿轮强度公式采用ISO原版公式。下面简要介绍一下新型硬齿面减速机F3782.00的设计计算情况：

2.3.1 F3782.00硬齿面减速机设计计算简要介绍

（1）外形尺寸计算

2.3.3 结构形式

F3782.00为一级结构减速机，

主要结构特点：

（1）机体、机盖均为焊接结构，除端盖外几乎没有铸件。

（2）针对高速轴轴承易发热的特点，特别设计了风扇，使其与冷却水管同时降温。

（3）为大齿轮设计了单独的小油池，降低油温，以防因大齿轮搅动油而造成能量损失和温升。

（4）每件轴承均设有油盒，以保证轴承充分润滑。

（5）每种减速机都设计成两种箱式结构，以方便用户的选择。

结论

（1）创新性

此次自主设计的F3782.00和F3783.00均为硬齿面减速机；针对温升和渗漏油问题，设计了风扇、小油池和油盒；齿轮材料为精炼钢，基本全部采用角变位设计；焊接机体、机盖不仅能降低整机重量，而且也减少了铸造缺陷，同时美化外观。我厂原有减速机基本不曾有以上这些设计，而且，按我公司目前的工艺装备，不需增加任何设备，完全能够制造。

（2）意义

新型硬齿面减速机的设计成功，一改我公司几十年磨机只选用软齿面减速机的历史，提高了磨机配套减速机的技术水平，也为以后重新设计其他磨机配套减速机打下一个良好的开端；更重要的是，如果新型硬齿面减速机能够投产，不仅会占领并扩大我厂磨机产品的市场份额，而且占领磨机国产化备件市场亦指日可待，经济效益将会相当可观。

参考文献

[1]齿轮手册编委会.齿轮手册（上）[M].北京：机械工业出版社，1990：1-5.