蜗轮蜗杆齿轮箱的制造工艺_蜗轮_技术百科

 摘 要:通过对扇形段蜗轮蜗杆齿轮箱主要件的sis001工艺分析,制定出合理的制造方案,使蜗轮蜗杆齿轮箱传动精度达到要求。
1 概述
       扇形段是用于板坯连铸生产线,通过连续弯曲、连续矫直,使铸坯最终达到产品要求的冶金设备。我公司为某厂生产的扇形段为水平段,支撑铸坯在其上进一步冷却直到完全凝固。其机械部分主要有:内、外弧框架、活动梁、Φ325 自由辊装配、Φ325 驱动辊装配、调节装置及导向轮装配等。文章通过对调节装置中的传动件蜗轮蜗杆齿轮箱主要件进行工艺分析,制定出合理的制造方案,使传动精度达到要求,为今后制造蜗轮蜗杆齿轮箱提供经验。

2 蜗轮蜗杆齿轮箱结构形式
       蜗轮蜗杆齿轮箱是调节装置中的传动件,蜗杆与外部电机联接驱动,蜗轮与蜗杆轴上的蜗杆啮合,带动蜗轮旋转。齿轮箱通过上法兰座固定在外框架上,蜗轮与拉杆的梯形螺纹啮合,拉杆通过左、右正反向转动,使内框架上、下移动,调节开口度,见图 1。
       蜗轮蜗杆齿轮箱主要组成见图 2。蜗轮蜗杆齿轮箱与下框架通过梯形螺纹拉杆连接在一起,扇形段辊缝调整靠四个拉杆的升降完成。拉杆升降由外部电源带动蜗轮蜗杆齿轮箱转动,再通过梯形螺纹由转动转为上下直线运动。
       蜗杆与外部传动联接,带动蜗轮转动。蜗杆两端均装有单列圆锥滚子轴承并通过透盖固定在壳体上。蜗轮上部是法兰,法兰固定在壳体上,下部支承在推力球轴承及定位套上,推力球轴承安装于壳体上,定位套通过外圆面上的铜套装配于壳体内,定位套内装有螺纹套,装配调整通过螺纹套外圆齿及齿板固定于定位套上。蜗杆、螺纹套内孔均带有梯形螺纹,与拉杆啮合传动。

3 制造难点
3.1 拉杆
       拉杆是受力件,材质 45#钢,Ⅳ类锻件,见图 3。拉杆左端为梯形螺纹,同时与蜗轮、定位套及螺纹套配合;右端为 M140×4 螺纹,中间部分镀硬铬,且加工精度高,所以其加工是难点。
3.2 壳体
       壳体为铸钢件 ZG230~450,是蜗轮蜗杆齿轮箱支承件,壳体中装有铜套,铜套与壳体过盈装配,各处加工精度高,见图 4。

 

3.3 螺纹套

螺纹套见图5,其外圆左端部齿形与齿板连接,其内孔梯形螺纹与拉杆连接,加工处不当将会导致连接不上或不符合精度要求

 

3.4 蜗杆
       蜗杆见图 6,渗碳钢锻件,材质 20CrMnTi,与蜗轮有啮合精度要求,加工不当将导致传动不平稳。3.5 蜗轮
       蜗轮为铸铜件,材质 ZCuAl10Fe3,见图 7。蜗轮加工重点为:要控制好蜗轮中心距偏差,要保证梯形螺纹。蜗轮与蜗杆有啮合精度要求,其加工质量将影响传动的稳定性。
3.6 蜗轮蜗杆齿轮箱的装配难点
如图 2 所示,蜗轮蜗杆齿轮箱的装配要同时控制梯形螺纹的配合精度及蜗轮蜗杆的啮合精度,这种双向调整必须制订正确的装配步骤,难度较大。

4 解决方案
4.1 拉杆的制造方案
       为保证拉杆的受力要求及加工精度、各联结要求,须对材料进行探伤检查保证质量,并进行调质做性能提供报告;运转及保存时在全长上用 V 型垫物垫实、垫好;分为粗、半精及精加工;为了sis001准确加工梯形螺纹,其外圆给定工艺公差并磨削成品。拉杆梯形螺纹采用样板检查。拉杆镀硬铬先制作两件10mm × 20mm × 20mm试块,并与拉杆一同镀铬,镀后检查并提供报告。
拉杆主要加工过程如下:
(1)粗车各外圆按工艺标准留量达 ,有试棒的工件试棒留在大圆端,长 200mm,其与本体联接处切 10mm 宽切口,留 Φ30 连接。棱角倒钝、圆根倒圆,转移炉批号于轴端。
(2)声波检查。按 DIN EN 10228-3 之 2 级执行,提供报告。UT 合格后方可进行下道工序。
(3)调质。试棒与本体同炉调质,HB242~287。试棒按 JB/T5000.8 之Ⅳ类锻件要求进行检验并提供报告,转移热处理炉号及炉批号。
(4)车修外圆。粗车各外圆按工艺标准留量达两端车中心孔,右端中心孔不能破坏 M24 螺纹底孔,其余不加工。
(5)超声波检查。按 DIN EN 10228-3 之 2 级执行,提供报告。UT 合格后方可进行下道工序。
(6)半精车。梯形螺纹 Tr180×20-9c 不加工,其外圆Φ180h9 直径及各 外圆直径均按工艺留量。右端 M140×4 及 M24 螺纹不加工,其余按图车成品。
(7)外圆磨。按成品外圆找正,磨留量外圆成品。梯形螺纹Tr180×20-9c外圆Φ180h9按工艺要求控制;镀铬外圆 Φ220e8 按镀铬前尺寸 Φ220加工;梯形螺纹外圆 Φ180h9 严格按工艺保证,以备检测用。
(8)着色探伤,检查各外圆,执行标准 DIN10228-2,表面无裂纹,提供报告。
(9)车梯形螺纹及螺丝。按磨成品外圆 Φ220e8及 Φ180h9 找正,车梯形螺纹 Tr180×20-9c 成品。车右端 M140×4 及 M24 螺纹孔成品。梯形螺纹齿厚按下差控制。梯形螺纹成品后通过两种方法检测:①以梯形螺纹外圆 Φ180h9 定位,用齿厚游标卡尺测量齿厚,中径处牙厚为 9.7 ,中径牙高为 5.51~5.69mm。②同样以梯形螺纹外圆 Φ180h9 定位,用样板检测齿形,样板见图 8。(10)划、镗、钻32×550键槽及M10丝底孔成品。
(11)装配钳工铰丝、清理尖角及毛刺等。
(12)镀铬。先制作两件试块,材质同本体为 45#钢,尺寸 10mm×20mm×20mm,试块厚 10mm,两端面达0.8,两端面平行度0.02mm。试块厚 10mm 两端面随本体同时镀铬,成品后复验硬度 950~1050HV,出具报告。运输过程中,采用 V 型物垫好拉杆,防止变形,保护好镀铬面。

4.2 壳体的sis001制造方案
(1)划线检查毛坯,按不加工毛面及轴孔为基准,划工件“十”字中心线及各部中线。划各中心孔及其端面加工线,划上部蜗杆轴孔 Φ100J7 及其端面加工线,划底部视孔 Φ140 端面加工线。
(2)镗铣加工壳体。按粗、精加工,中间装配铜套。主要过程如下:
①立放工件,按线找正并夹紧,镗铣底部视孔Φ140 端面成品。在大端圆 Φ460 端面削工艺基准面,削平留有少量黑皮。
②横放工件,底部圆柱面用 V 型铁支承,按已加工面及基准面定位并夹紧,一次装夹加工,粗铣各中心孔及其端面,各中心孔直径及各端面按工艺量。精加工装铜套轴孔Φ305J7及其止口端面成品。工作台旋转 90°,粗铣上部蜗杆轴孔 Φ100J7 及其端面,各轴孔直径及端面按工艺留量。
③装轴套,其斜口端作为入口端。装配时采用液态氮冷冻轴套,冷装温度-70°C,冷冻时间 2 小时。冷装后,待彻底回复常温再加工。

④横放工件,底部圆柱面用 V 型铁支承,按已加工面及基准面定位并夹紧,一次装夹加工,铣各中心孔及其端面成品。工作台旋转 90°,铣上部蜗杆轴孔 Φ100J7 及其端面成品。强调严格保证轴孔与蜗杆轴孔中心距 200 。铣丝孔 Rp3/4"底孔及其Φ35×5 孔窝成品。铣蜗杆轴孔斜端面上 Rp3/4"底孔及其端面成品。
(3)划钻铰其余各丝孔成品。

4.3 螺纹套的制造方案
       螺纹套车削加工,梯形螺纹与拉杆配加工,成品后可通过两种方法检测:①以梯形螺纹外圆Φ160H7 定位,用齿厚游标卡尺测量齿厚,中径处牙厚为 9.75 ,中径牙高为 4.2~4.4mm。②用样板检测齿形,同样以梯形螺纹内孔 Φ160H7 定位,样板见图 9。最后与齿板配合加工外圆左端部齿成品。4.4 蜗杆的制造方案
(1)车削。蜗杆两端有保留中心孔的要求,所以两端各工艺加长 25mm。车两端中心孔。按图纸要求DIN332-DS M16。车齿顶圆,其外圆直径留磨量 0.4~0.6mm,其两端即 350 两端面成品。其余各部外圆直径留量 5~8mm,端面留量 3~4mm。棱角倒钝,圆根倒圆。
(2)外磨。齿顶圆磨成品。在适当位置的两端轴颈处各磨出一段 30~50mm 找正带,达 ,铣齿时找正用。
(3)滚齿。装夹时检查基准轴颈的径向跳动在90mm 两点间不大于 0.015mm,还要检查齿顶圆母线与刀架垂直移动的平行度,在100mm 长度内不大于 0.01。齿厚单面留磨量 0.3~0.4mm。
(4)装配去毛刺和倒角。
(5)淬火。齿表面渗碳淬火,淬火层深 1+0.2mm,硬度为HRC=60±0.2。
(6)车削。按齿部外圆三点及两端成品端面找正,重修两端中心孔,按 DIN332-DS M16,最终保留两端中心孔。各轴颈外圆直径留量 0.3~0.5mm,其余各部按图车成品。
(7)外圆磨。各留量外圆磨成品。
(8)磨齿面成品。磨齿机上下顶尖和径向跳动应不大于 0.003mm。磨削时齿坯的找正精度径向跳动不大于 0.02mm。齿加工后与配对蜗轮配检中心距尺寸 200 ,相配检查接触斑点,沿齿高不小于55%,沿齿长不小于 50%。接触斑点痕迹应偏于啮出端,但不允许在齿顶和啮入、啮出端的棱边接触。
(9)划、铣键槽成品。

4.5 蜗轮的制造方案
(1)车削。车削分粗、精加工。精车时,先夹大孔端,一次车削小孔端各外圆、内孔、止口、端面及齿顶圆成品,梯形螺纹 Tr180×20 不加工,基端面刻线。调转工件,以成品内孔、端面找正,车削工件大孔端各部成品。
(2)划、钻各孔及各丝底孔成品,加工时按基端面及内孔找正。
(3)装配绞丝孔成品。倒棱,去毛刺。
(4)滚齿。校正工件内孔、径向圆跳动在0.002mm以内,齿形外圆面圆跳动在 0.003mm 以内。调整好机床、滚刀等,加工齿形成品。加工后与配对蜗杆检测 传 动 精 度 。 蜗 杆 副 啮 合 侧 隙 0.03 ~0.05mm。
(5)车削。与拉杆配车梯形螺纹 Tr180×20 成品。梯形螺纹成品后可用两种方法检测:①以梯形螺纹内孔 Φ160H7 定位,用齿厚游标卡尺测量齿厚,中径处牙厚为 9.5 ,中径处牙高为 4.96~5mm。②用样板检测齿形,同样以梯形螺纹内孔Φ160H7定位,样板见图 10。

4.6 蜗轮蜗杆齿轮箱的sis001装配方案
4.6.1 先检查主要件,保证装配质量
       用样板检查螺纹套、拉杆及蜗轮的 T 形螺纹,检查时用 0.05mm 塞尺不入为合格。检查蜗杆、壳体、联接法兰、定位套、蜗轮及齿板等主要件尺寸、
       用样板检查螺纹套、拉杆及蜗轮的 T 形螺纹,检查时用 0.05mm 塞尺不入为合格。检查蜗杆、壳体、联接法兰、定位套、蜗轮及齿板等主要件尺寸、位公差及表面粗糙度检查。

4.6.2 装配步骤及控制点
(1)将单列圆锥滚子轴承装在蜗杆上,轴承外环暂不装,做好配对标记。轴承装到轴上后应与轴肩贴严,间隙不大于 0.05mm。
(2)将推力球轴承装入壳体中,注意将推力轴承松圈装于壳体上,紧圈装于蜗轮上。将蜗杆装入壳体中,按标记配对安装蜗杆上的轴承外环。安装蜗杆端部透盖及密封圈,密封圈按图所指方向安装。单列圆锥滚子轴承间隙按轴向游隙 0.05~0.1mm调整,于端部透盖上调整尺寸保证。透盖上调整尺寸按实际需要车削,装配后在端部用压表法检测轴承外圈轴向移动量为 0.1~0.2mm。
(3)将蜗轮装入壳体中。推力球轴承与壳体间用调整垫调整,否则蜗轮传动中心线将与蜗杆传动中心线不重合。手动调整蜗轮、蜗杆至最佳状态,将千分表放在壳体端面上,用表检查接触精度,见图 11。蜗轮回转一周,千分表读数波动值要小于0.025mm,否则重新调整装配。检查蜗轮蜗杆啮合状况,接触沿齿高>55%,沿齿长>50%,接触斑点痕迹应偏于啮出端,但不允许在齿顶和啮入、啮出端的棱边接触。蜗轮、蜗杆啮合检查合格后继续下一步骤。(4)采用工艺垫调整蜗轮、蜗杆传动精度
安装O型圈于蜗轮及联接法兰上。在联接法兰与蜗轮间垫上0.2mm垫片,之后将联接法兰安装于壳体上,整个装配过程通过工艺垫片进行调整,测试无问题后,再磨削实际垫并将其换装到产品中。安装合适尺寸垫片时须再次拆装法兰,但不能损坏 O 型密封圈,调整好后拆除垫片。
(5)翻转蜗杆齿轮箱。先将密封圈安装于定位套上,安装定位套于壳体中,用沉头六角螺栓固定。这些螺栓装配调整好后用乐泰胶防松且保证安全锁紧。
(6)将蜗杆齿轮箱固定在返平误差小于 0.05mm的垫铁上,壳体与垫铁支承面用 0.03mm 塞尺不入。将推力轴承游隙消除(轴承不转),见图 12。定位套下面同时等分压三块千分表,用千斤顶(不低于 60kN)顶紧定位套,顶三次,每次转 120°,观察千分表变化值。顶三次三个千分表的 9 个值应在 0.1~0.2mm 范围内,且最大值与最小值间相差小于 0.03mm,否则分析原因,进行修整。之后确定调整垫的厚度 H 值,如下公式计算:       根据 H 值,重新调整安装工艺垫厚度后再安装拉杆。将拉杆旋入位置伸出壳体下端面 190mm,再将螺纹套装配到定位套上,用300N·m的力矩旋紧,力矩搬手接头体通过力矩搬手连接板与齿板联接并紧固,其上焊连接螺母,见图13(7)螺纹套与定位套间的间隙值调整见图 14。先根据齿板实际厚度、定位套实际高度值及螺纹套的实际长度值,计算出螺纹套与定位套间的间隙值0.17mm。拧紧螺纹套,回转半圈,检查间隙值,用力矩搬手调节螺纹套直至间隙值合适。通过齿板锁紧、固定螺纹套与蜗杆齿轮箱。(8)参照步骤(6),测9 个螺纹套与定位套的间隙值 b,即图 14 中所示 0.17mm,9 个 b 值应在 0.1~0.17mm范围内,且最大值与最小值间相差应小于0.03mm,计算 b 的平均值并做记录。每台扇形段采用4组蜗杆齿轮箱,其 b 值偏差在 0.04mm 以内。总装前需将齿板、螺纹套及拉杆拆下。

5  结论
      通过制订加工、装配过程的详细工艺规程及对执行过程进行控制,生产出的蜗杆齿轮箱传动平稳,一次达到各项性能要求,为今后的生产打下了sis001坚实的工艺基础。

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