专利名称：重型磨损齿轮的修复方法
技术领域：
本发明涉及一种磨损齿轮的修复技术，具体地说是对报废重型大齿轮修复的方法。
重型机械中使用的传动齿轮磨损后，通常需要及时调换。由于更换大齿轮消耗的材料和工时多，制造周期长，成本高，因此对重型大齿轮的修复利用有很大的现实意义。修复实践中，对于已磨损报废的大齿轮修复方法是，将大齿轮齿顶圆车去一层再行切齿，然后配制新的小齿轮与之匹配。该方法中的齿廓修理变位系数是通过计算与检测齿轮公法线长度来确定的，而齿轮公法线的计算相当繁琐，检测也很困难，而且按公法线确定的齿厚减薄量△L2又是个估计值，有时会出现传动干涉现象。在重型机械中使用的传动齿轮大多为渐开线直齿圆柱齿轮，当传动齿轮模数m≥16，齿数Z≥100的大齿数大传动比直齿圆柱齿轮磨损报废利用前述方法修复时，常因齿轮直径过大，公法线难于检测而无法进行。
本发明的目的是针对上述存在的缺点，提供一种利于重型机械中使用的渐开线圆柱传动齿轮修复，变位系数计算简便，易于检测，修复效率高，效果好的修复方法。
本发明的目的是这样实现的先将大齿轮齿顶车去一层再行切齿，然后配制小齿轮与修复后大齿轮相匹配的方法进行。其特征是该方法的齿廓修复变位系数是通过距齿顶圆距离数值上等于模数M数值处，进行的单齿测量大齿轮齿厚减薄量，按渐开线圆柱齿轮任意处齿厚去计算求得变位系数的，所用变位系数X2新=X2原-KmZ2/0.728(da2-2M);式中X2新为修复大齿轮用的变位系数，X2原为原设计大齿轮变位系数，Km为减薄量，Z2为大齿轮齿数，da2为原大齿轮齿顶圆直径，M为齿轮模数。
经对重型报废齿轮的大量检测中发现，齿轮齿廓破坏最严重的部位是分布于距齿顶距离为与齿轮模数M值相接近一条线的上、下两侧。对于齿面重新形成渐开线的齿廓，其齿厚减薄量是按实际测得的齿廓磨损量加上一个光整加二余量来确定的。这里的加工余量可按齿轮加工工艺规程或经验给出，而齿面磨损量是距大齿轮齿顶距离为模数M值处，齿厚方向上的实际检测磨损深度最大值。用此处确定的齿厚减薄量去求取变位系数，可使修复工作取得最经济的效果。实际的修复工作证明，齿厚减薄量与齿轮模数M之间有一定的关系，这里将齿厚减薄量与模数M的比值定为减薄数K，则齿厚减薄量在数值上等于Km的积。
在尽可能的保持原齿轮传动参数不变的情况下，修复大齿轮是最理想的。据此，在距大齿轮齿顶距离为M数值处的原齿厚Sm，修复后的新齿厚S以及齿厚减薄量Km之间有下列关系成立Sm-Km=S上式中Sm为原大齿轮距齿顶为M数值位置处的齿厚;S为经减薄修复后的轮齿在与上述同一位置处的新齿厚。Km为上述同一位置处的齿厚减薄量。
将上式中的齿厚S按渐开线圆柱齿轮任意处齿厚计算公式代入则有 dm( (π)/(2Z2) + (2X2原·tanα0)/(Z2) +invα0-invα′)-Km=d′m( (π)/(2Z2) + (2X2新·tanα0)/(Z2) +invα0-invα′)上式中X2原为原设计大齿轮的变位系数，X2新为修复大齿轮待确定变位系数，dm为大齿轮距齿顶距离为m数值处的直径，dm′为经减薄修复后的大齿轮在与上述同一位置处的直径。
对上式中的各项需要说明的是因为是同一大齿轮上的同一位置处的直径值，所以dm=dm′=da2-2M。
又因为修复大齿轮是在保证原设计齿轮传动副传动参数不变的前提下进行的，所以修复前、后齿轮传动啮合角α′角不变，标准压力角αO不变。
这里还应说明的一点是，公式中的齿厚S值指的是轮齿的弧齿厚，因本发明主要用在直径较大齿轮的修复，将修复前、后的齿厚都用弦齿厚代替弧齿厚则其计算相对误差就非常小了，可以忽略不计，以此化简上式并代入标准压力角αO=20°，数值得X2新＝X2原－ (KMZ2)/(0.728(da2-2M))一般情况下，重型齿轮磨损到1/3M时，就已不能正常传递动力而报废了，实际修复工作中按磨损程度的不同K值取值范围为0.4＞K＞0。
本发明所给定的修复方法，适用于渐开线圆柱齿轮副(直齿或斜齿)，按非变位齿轮传动高变位齿轮传动、角变位齿轮传动设计的齿轮修复，尤其是对模数M≥16，齿数Z≥100的大齿轮修复利用上。本发明使修复齿廓用变位系数的求取变得十分简单、实用，经修复的大齿轮其所用费用仅为新制齿轮的1/2，所用工时仅为1/4。
图1为按高变位齿轮传动设计的渐开线直齿圆柱大齿轮修复齿廓示意图。
图2为与图1修复后大齿轮相匹配所设计的小齿轮齿廓示意图。
图3为按非变位齿轮传动设计的渐开线直齿圆柱大齿轮修复齿廓示意图。
图4为与图3修复后大齿轮相匹配新设计的小齿轮齿廓示意图。
下面结合实施例进一步说明本发明修复报废重型齿轮的方法。
实施例1对原按高变位齿轮传动副设计的球磨机用Φ2.2m×6.5M渐开线直齿圆柱齿轮副的修复。修复前经检测认定传动齿轮轮齿齿廓磨损严重破坏而报废(见图阴影部位)。现用本发明提供的方法进行修复，在保证原传动比与中心距参数不变的前题下进行，已知原设计的传动齿轮模数M=22，大齿轮齿数Z2=158，小齿轮齿数Z1=23，大齿轮齿顶圆直径da2=3622.18，大齿轮变位系数X2原=+2.7，小齿轮变位系数X1原=-0.1。
1.首先用单齿检测方法在原大齿轮一轮齿齿廓(1)上，距齿顶园距离数值等于模数M数值处，沿齿厚方向测出一侧齿廓磨损深度最大值(2);并将这一磨损深度最大值(2)加上一个为实现修复齿廓能加工出新的光整渐开线齿廓(4)，而必须预留光整加工余量(3)，该光整加工余量(3)可按齿轮加工工艺规程或加工经验给出。
2.用上述相加和的2倍与模数M的比值可求出一个K值，本实施例中求出的K值在0.4＞K＞0范围之内，说明修复后的齿轮副可实现正常传动无需进行校核验算，由此得修复大齿轮所需的齿厚减薄量Km。
3.确定了减薄量Km值后，即可按本方法所提供的计算方法求修复大齿轮用变位系数X2新=X2原-KmZ2/0.728(da2-2M)式中，X2原为按高变位设计的原大齿轮变位系数;X2新为修复大齿轮重新形成光整渐开线齿廓(4)所需的新变位系数值。
4.求出X2新值所即可按已知的原设计参数值计算出修复后大齿轮应有的齿顶圆直径d′a2值，d′a2=M(Z2+2ha★+2X2新)式中ha★为齿顶高系数，一般按标准设计取ha★等1。
5.将待修复的报废大齿轮的齿顶圆车去一层使其直径由da2减为d′a2。
6.将前述已车去一层的大齿轮体放到滚齿机上，按普通齿轮加工方法进行切齿加工，直至形成新的渐开线齿廓，即可完成大齿轮的修复工作。如图1所示(4)即为修复后新形成的大齿轮齿廓，(5)双点划线为标准齿廓。
7.设计一小齿轮令其与已修复大齿轮相匹配，在保证原传动中心距不变的前题下应有X∑原＝X∑新＝X1新+X2新式中X∑原为原设计齿轮传动副总变位系数和，X∑新为修复后该齿轮传动副的新变位系数和;X1新为与按X2新变位系数修复后的大齿轮相匹配的小齿轮的变位系数，则有X1新=X∑原-X2新计算出X1新之后同样可按公式da1=m(Z1+2ha★+2X1新)求出匹配小齿轮齿顶圆直径。由此即可按渐开线齿轮普通加工方法切制出小齿轮。图2中(6)即为新设计匹配小齿轮齿廓;(7)为原设计小齿轮齿廓;双点划线齿廓(8)为标准齿廓。
该传动副原设计大齿轮净重4.3吨，制造费用为8.6万元，而对其进行修复后只用费用4万元，节约4.6万元，且制造工期仅用10天，较新制齿轮用时间减少3/4。经修复的大齿轮因其齿轮体经长时间使用，再制齿后可避免因轮齿变形而影响精度，其加工精度可达9-9-8KL以上，且能传动平稳。同时经修复后的齿轮传动副的啮合面移向小齿轮渐开线曲率半径较大的一段，不但能提高小齿轮齿根接触强度，而且能提高使用寿命近30%。
实施例2对原按非变位齿轮传动设计的的球磨机用Φ1.83m×5.7M渐开线直齿圆柱齿轮副的修复。修复前经检测认定传动齿轮因磨损严重破坏而报废，(见图3阴影部位)。现用本方法进行修复且在保证原传动比和原中心距不变的条件下进行。已知原设计的传动齿轮模数M;大齿轮齿数Z2;小齿轮齿数Z1;大齿轮齿顶圆直径da2等原设计参数。
1.首先用单齿检测方法在原大齿轮一轮齿齿廓(1)上，距齿顶园距离等于模数M数值处，沿齿厚方向测出一测齿廓磨损深度最大值(2)，并将这一磨损深度最大值(2)加上一个为实现修复齿廓并能加工出新的光整渐开线齿廓(4)而必须预留的光整加工余量(3)，该光整加工余量(3)可按齿轮加工艺规程或加工经验给出。
2.用上述相加和的2倍与模数M的比值可求出一个K值，本实施例中求出的K值在0.4＞K＞0范围之内，说明修复后的齿轮副可实现正常传动无需进行校核验算，由此得修复大齿轮所需的齿厚减薄量Km。
3.然后同样用本方法求修复大齿轮用变位系数X2新=X2原-KmZ2/0.728(da2-2M)本实施例中，因原设计为非变位齿轮传动，所以式中X2原=0，则有X2新=-KmZ2/0.728(da2-2M)式中，X2新为修复大齿轮重新形成光整渐开线齿廓(4)所需要的变位系数值。
4.计算出变位系数X2新值后，即可按已知的原设计参数值计算出修复后大齿轮应有的齿顶圆直径d′a2值。
d′a2=M(Z2+2ha★+2X2新)5.将待修复的报废大齿轮的齿顶圆车去一层，使其直径由da2减为d′a2。
6.将前述已经车去一层的大齿轮体放到滚齿机上用普通齿轮加工方法进行切齿加工，直至制成新的渐开线齿廓，即可完成大齿轮的修复工作。(4)为修复后新形成的大齿轮齿廓。
7.设计一小齿轮令其与已修复大齿轮相匹配，在保证原传动中心距不变的前题下，同样有X∑原=X∑新=X1新+X2新因原设计为非变位齿轮传动副，所以上式中X∑原=0则有X1新=-X2新，求出X1新后，同样按公式da1=m(Z1+2ha★+2X1新)求出匹配小齿轮齿顶圆直径。由此按渐开线齿轮普通加工方法即可切制出小齿轮。见图4中(5)即为新设计的匹配小齿轮齿廓;双点划线为原设计非变位标准齿廓。其它同实施例1。
权利要求
1.一种重型磨损齿轮的修复方法，先将大齿轮齿顶车去一层再行切齿，然后配制小齿轮与修复后大齿轮相匹配的方法进行。其特征是该方法的齿廓修复变位系数是通过距齿顶圆距离数值上等于模数M数值处，进行的单齿测量大齿轮齿厚减薄量，按渐开线齿轮任意处齿厚去计算求得变位系数的，所用变位系数X2新=X2原-KmZ2/0.728(da2-2M)；式中X2新为修复大齿轮用的变位系数，X2原为原设计大齿轮变位系数，Km为减薄量，Z2为大齿轮齿数，da2为原大齿轮齿顶圆直径，M为齿轮模数。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征是对于齿面重新形成渐开线的齿廓，其齿厚减薄量是按实际测得的齿面磨损量加上一个光整加工余量来确定的。
全文摘要
本发明涉及一种磨损齿轮的修复技术，具体地说是对报废重型大齿轮修复的方法。先将大齿轮齿顶圆车去一层再行切齿，然后配制小齿轮与修复后大齿轮相匹配的方法进行。其特征是该方法的齿廓修复变位系数是通过单齿测量大齿轮齿厚减薄量，在渐开线齿轮任意处齿厚计算求得的变位系数。本发明使修复齿廓用变位系数的求取变得十分简单、实用，经修复的大齿轮其所用费用仅为新制齿轮的1/2，所用工时仅为1/4。
文档编号B23P15/14GK1101599SQ93115839
公开日1995年4月19日 申请日期1993年10月9日 优先权日1993年10月9日
发明者刘玉玺 申请人:刘玉玺