一种偏心齿轮及其焊装工艺的制作方法

本发明涉及一种偏心齿轮，尤其是涉及一种偏心齿轮的结构及其焊装工艺。

背景技术：

传统齿轮多为整体铸造件，铸造齿轮由于致密度差，加工工作量大，生产周期长，污染环境等不足，影响齿轮的生产制造，而焊接式齿轮结构致密，材料利用合理，因此更经济、高效。齿轮主要为动力之传递与改变传动方向，因其涉及到动力的传递，为确保齿轮的整体结构强度，对于焊接结构齿轮的焊接质量好坏，直接影响到整部机器的品质。

偏心齿轮的轮缘通常为42crmo等中碳合金钢，偏心体为45钢，轮辐和加强筋为q345普通钢，因此，焊接偏心齿轮属于三种异种钢的焊接，轮缘及偏心体钢材碳当量高，钢材淬硬倾向大，在焊后冷却过程中，热影响区出现低塑性的马氏体淬硬组织，在焊接接头拘束应力较大时极易产生裂纹。

技术实现要素：

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种偏心齿轮及其焊装工艺，使本结构的偏心齿轮在焊装的过程中避免裂纹的产生并同时提高焊接质量。

技术方案：一种偏心齿轮，包括偏心体合件、配重体、齿圈、第一腹板、第二腹板、支撑体，第一腹板与第二腹板平行间隔对称设置，支撑体在第一腹板与第二腹板之间间隔设有多个，每个支撑体的两端分别穿设于第一腹板和第二腹板并固定，第一腹板、第二腹板同一侧边分别与配重体的一侧面固定，使三者构成圆饼状整体，齿圈套设于三者构成的圆饼结构的外圈上并固定，偏心体合件依次穿设于第一腹板、第二腹板，多个支撑体绕偏心体合件的外周设置。

进一步的，偏心体合件包括轮毂、偏心环、外侧撑筋、中部撑筋、偏心体撑板，轮毂插入偏心环中并通过偏心体撑板与偏心环固定，偏心体撑板位于偏心环内，偏心体撑板一侧面与轮毂的外周面之间间隔固定有两个外侧撑筋，两个外侧撑筋之间设有中部撑筋，偏心体撑板、轮毂分别与中部撑筋固定，第一腹板、第二腹板分别与偏心环的外周面固定。

最佳的，支撑体为圆管结构。

一种上述的偏心齿轮的焊装工艺，包括以下步骤：

步骤一：挑选尺寸外观符合要求的齿轮零件，清除齿轮零件坡口和焊缝附近油污、氧化皮、锈斑等，表面露出金属光泽；

步骤二：第二腹板放入工装基准平面上，第二腹板上的每个圆孔二中分别依次插入支撑体，使支撑体与第二腹板垂直，在支撑体与第二腹板交接处四等分定位焊固定支撑体与第二腹板，定位焊长度为20～30mm，电流为260～320a，电压为28～34v；

步骤三：在第二腹板上表面放入第一腹板定位座，吊装第一腹板使其上设有的多个圆孔一分别套入对应的支撑体，调整使第一腹板紧贴第一腹板定位座，第一腹板与第二腹板对齐，测量保证第一腹板与工装基准平面垂直；

步骤四：将开档定位夹放在第一腹板与第二腹板之间进行刚性固定，在第一腹板与支撑体接合处对称均布定位焊将第一腹板与支撑体固定，定位焊长度为20～30mm，电流为260～320a，电压为28～34v；

步骤五：焊接第一腹板、第二腹板与支撑体之间的连接焊缝，焊接电流为300～360a，电压为32～40v；

步骤六：将配重体拼装于第一腹板和第二腹板同侧的一边上，并焊接配重体与第一腹板和第二腹板的连接焊缝，焊接电流为300～360a，电压为32～40v；

步骤七：将齿圈放入深井式加热炉进行预热，预热温度为300～350℃，保温时间至少为2h，吊出齿圈拼装好后，正反两面对均布定位焊将其固定，定位焊长度为50～100mm，电流为260～320a，电压为28～34v；

步骤八：沿齿圈外圈间隔设置四个连接点，其中三个连接点加热，在第四个连接点进行齿圈与第一腹板的焊缝打底焊接，焊缝打底焊接2～3圈后，翻转180°使第二腹板朝上，以同样的方式进行齿圈与第二腹板的焊缝打底焊接，采用多层多道完成盖面焊接后再翻转180°使第一腹板朝上，完成齿圈与第一腹板剩余焊缝的焊接，焊接完成后将齿圈合件即刻吊入炉中保温后缓冷；

步骤九：将偏心体合件的温度控制在250℃及以上，将偏心体合件与齿圈合件进行拼装，沿偏心体合件外圈间隔设置四个加工点，其中三个加工点加热，在第四个加工点进行偏心体合件与齿圈合件的焊缝打底焊接，完成一面焊缝打底焊接2～3圈后，翻转180°到另一面焊缝，采用多层多道打底焊接另一面焊缝的盖面焊接后，再翻转180°到初始面的焊缝，进行剩余焊缝的盖面焊接；

步骤十：焊接完成后在10～15min内将整个工件吊至深井炉中回火处理，回火温度为600～650℃，保温6～7h后，随炉冷却。

进一步的，在步骤八和步骤九中，焊接过程中焊缝位置的温度至少为220℃，每一道焊缝起弧和收弧部位需重叠50～100mm，多层多道焊接时，相邻两道焊缝对的起弧位置至少错开100mm。

进一步的，在步骤九中，当偏心体合件的初始温度小于250℃时，将焊装完成的偏心体合件放入深井式加热炉进行预热，预热温度为250～300℃，保温至少2h，之后吊出偏心体合件与焊接好的齿圈合件拼装。

进一步的，在步骤八中，四个连接点沿齿圈外圈周向间隔均布，在步骤九中，四个加工点沿偏心体合件外圈周向间隔均布。

进一步的，在步骤三中，第一腹板与第二腹板对齐后，两者的外轮廓端面错开距离为0～1mm。

进一步的，在步骤一中，挑选的齿轮零件的平面度要求小于或等于1mm/m。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：将偏心齿轮设计为分体式，通过焊装使齿轮结构致密，质量更佳；采用齿圈四点对称加工位设计，三点加热第四点焊接同步进行的焊接方法，能有效减小焊接变形，使工件受热均匀并缩短焊接时间，避免焊接过程中齿圈过快冷却；采用焊前预热，焊后保温缓冷减缓焊接冷却速度的工艺，降低产生裂纹倾向；运用焊后回火去应力工艺，消除焊接拘束应力，提高焊缝质量。

附图说明

图1是本偏心齿轮结构示意图；

图2为图1的a-a剖视图；

图3是本偏心齿轮拼装步骤示意图；

图4为开档定位夹布置位置示意图；

图5是图4的俯视图；

图6为偏心齿轮焊接接头交接处焊接要求示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种偏心齿轮，如图1、2所述，包括偏心体合件1、配重体2、齿圈3、第一腹板4、第二腹板5、支撑体6，偏心体合件1包括轮毂11、偏心环12、外侧撑筋13、中部撑筋14、偏心体撑板15。

第一腹板4与第二腹板5平行间隔对称设置，第一腹板4与第二腹板5尺寸结构相同，支撑体6在第一腹板4与第二腹板5之间间隔设有多个并呈弧线分布，支撑体6为圆管结构，每个支撑体6的两端分别穿设于第一腹板4和第二腹板5中并固定，第一腹板4、第二腹板5同一侧边分别与配重体2的一侧面固定，使三者构成圆饼状整体，齿圈3套设于三者构成的圆饼结构的外圈上并固定。

轮毂11插入偏心环12中并通过偏心体撑板15与偏心环12固定，偏心体撑板15位于偏心环12内，偏心体撑板15一侧面与轮毂11的外周面之间间隔固定有两个外侧撑筋13，两个外侧撑筋13之间设有中部撑筋14，偏心体撑板15、轮毂11分别与中部撑筋14固定，偏心体合件1依次穿设于第一腹板4、第二腹板5中，第一腹板4、第二腹板5分别与偏心环12的外周面固定，多个支撑体6绕偏心体合件1的外周分布。

上述的偏心齿轮的焊装工艺，如图3～5所示，包括以下步骤：

步骤一：挑选尺寸外观符合要求的齿轮零件，齿轮零件的平面度要求小于或等于1mm/m，清除齿轮零件坡口和焊缝附近油污、氧化皮、锈斑等，表面露出金属光泽；

步骤二：第二腹板5放入工装基准平面7上，第二腹板5上的每个圆孔二51中分别依次插入支撑体6，使支撑体6与第二腹板5垂直，在支撑体6与第二腹板5交接处四等分定位焊固定支撑体6与第二腹板5，定位焊长度为20～30mm，电流为260～320a，电压为28～34v；

步骤三：在第二腹板5上表面放入第一腹板定位座8，吊装第一腹板4使其上设有的多个圆孔一41分别套入对应的支撑体6，调整使第一腹板4紧贴第一腹板定位座8，第一腹板4与第二腹板5对齐，第一腹板4与第二腹板5对齐后，两者的外轮廓端面错开距离为0～1mm，测量保证第一腹板4与工装基准平面7垂直；

步骤四：将开档定位夹9放在第一腹板4与第二腹板5之间进行刚性固定，防止焊接过程中第一腹板4与第二腹板5产生变形和收缩，在第一腹板4与支撑体6接合处对称均布定位焊将第一腹板4与支撑体6固定，定位焊长度为20～30mm，电流为260～320a，电压为28～34v；

步骤五：焊接第一腹板4、第二腹板5与支撑体6之间的连接焊缝，焊接电流为300～360a，电压为32～40v；

步骤六：将配重体2拼装于第一腹板4和第二腹板5同侧的一边上，并焊接配重体2与第一腹板4和第二腹板5的连接焊缝，焊接电流为300～360a，电压为32～40v；

步骤七：将齿圈3放入深井式加热炉进行预热，预热温度为300～350℃，保温时间至少为2h，吊出齿圈3拼装好后，正反两面对均布定位焊将其固定，定位焊长度为50～100mm，电流为260～320a，电压为28～34v；

步骤八：沿齿圈3外圈间隔设置四个连接点，四个连接点沿齿圈3外圈周向间隔均布，其中三个连接点加热，在第四个连接点进行齿圈3与第一腹板4的焊缝打底焊接，焊缝打底焊接2～3圈后，翻转180°使第二腹板5朝上，以同样的方式进行齿圈3与第二腹板5的焊缝打底焊接，采用多层多道完成盖面焊接后再翻转180°使第一腹板4朝上，完成齿圈3与第一腹板4剩余焊缝的焊接，焊接完成后将齿圈合件即刻吊入炉中保温后缓冷；

沿齿圈3外圈采用三点加热、第四点焊接同时进行的方式，一方面可以减小焊接变形，另一方面可以避免焊接过程中焊缝温度下降；在进行多道焊接时，每焊接一道，要除干净焊渣再焊接下一道；

步骤九：焊装偏心体合件1，拼装完成后，沿轮毂11圆周上均布定位焊，翻面后再次进行相同操作，定位焊长度为50～80mm，焊角≤5mm，电流为260～320a，电压为28～34v；之后用红外测温仪测量偏心体合件1的温度进行测量，若偏心体合件1的温度小于250℃时，将焊装完成的偏心体合件1放入深井式加热炉进行预热，预热温度为250～300℃，保温至少2h，之后吊出偏心体合件1与焊接好的齿圈合件拼装；若温度为250℃及以上时，直接将偏心体合件1与齿圈合件进行拼装；

步骤十：调整齿圈合件与轮毂11同心后点固焊，同心度误差≤1mm，单边拼装间隙≤1.5mm，沿偏心体合件1外圈间隔设置四个加工点，四个加工点沿偏心体合件1外圈周向间隔均布，其中三个加工点加热，在第四个加工点进行偏心体合件1与齿圈合件的焊缝打底焊接，完成一面焊缝打底焊接2～3圈后，翻转180°到另一面焊缝，采用多层多道打底焊接另一面焊缝的盖面焊接后，再翻转180°到初始面的焊缝，进行剩余焊缝的盖面焊接；

同样的，在偏心体合件1与齿圈合件焊缝上采用三点火焰加热、第四点焊接同步进行的方法，一方面可以减小焊接变形，另一方面可以避免焊接过程中焊缝温度下降低于220℃，通过调节火焰范围和大小，焊接过程中保证焊缝位置温度≥220℃，焊接时，要求每焊接一道，要除干净焊渣再焊接下一道；

步骤十：焊接完成后在10～15min内将整个工件吊至深井炉中回火处理，回火温度为600～650℃，保温6～7h后，随炉冷却。

如图6所示，为两道相邻的焊缝b和焊缝c，焊缝b的起弧点b和收弧点b’以及焊缝c起弧点c和收弧点c’均需重叠50～100mm，即n的取值为50～100mm，此外，相邻两道焊缝对的起弧点位置至少错开100mm，即起弧点b与起弧点c之间的距离m至少为100mm。

将偏心齿轮设计为分体式，通过焊装使齿轮结构致密，质量更佳；采用齿圈四点对称加工位设计，三点加热第四点焊接同步进行的焊接方法，能有效减小焊接变形，使工件受热均匀并缩短焊接时间，避免焊接过程中齿圈过快冷却；采用焊前预热，焊后保温缓冷减缓焊接冷却速度的工艺，降低产生裂纹倾向；运用焊后回火去应力工艺，消除焊接拘束应力，提高焊缝质量。