高硬度外齿轮键槽的制作方法

本实用新型涉及机械制造领域，具体是一种高硬度外齿轮键槽，主要应用于煤矿机械使用的皮带运输机四级减速传动中的低速级大齿轮键槽。

背景技术：

皮带运输机在煤矿得到大量使用，其中两台75kW电机驱动、经各自的四级齿轮减速后带动两个主动滚筒的皮带运输机应用较多，为了提高减速器的承载能力同时减轻其重量，在该四级齿轮减速器中，对输出级的齿轮既要求有高的整体强度又要求有高的齿面硬度，为此，输出级的齿轮材料选择40Cr或其他含碳量在(0.40～0.50％)之间的合金钢，强度极限σ_b= 700 N/mm²，屈服极限σ_s= 500 N/mm²，输出级的齿轮分度圆直径d≥450 mm，齿轮内孔直径d_k≥160 mm，采用双键与轴连接，如图1所示。为了提高齿轮芯部的强度与刚度，对齿轮整体做淬火与中温回火处理，齿轮本体硬度要求达到HRC38～43，为了提高齿轮表面的硬度与耐磨性，齿轮表面采用高频淬火与低温回火处理，齿面硬度为HRC55～60。该类齿轮是通过双键与轴连接的，齿轮的轮毂宽度B≥155 mm，齿轮上加工4个直径为d₀的孔以便运输与装配时使用。齿轮毛坯为锻件，毛坯的硬度为HBS240～280。现在齿轮的加工工序为，将锻件加工成齿轮毛坯，加工齿轮的内孔、加工齿轮上的4个均布孔、加工轮齿，之后，对齿轮作整体热处理，使齿轮本体的硬度达到HRC38～43，再做轮齿表面的热处理，使齿面硬度达到HRC55～60，再在线切割机上切割一对键槽，键槽宽度b≥40mm，后面是磨内孔以消除整体热处理产生的变形、磨齿面以消除表面热处理产生的变形，该齿轮的加工完成。

一对键槽之所以放在齿轮本体硬度达到HRC38～43之后加工，是因为，若在这之前加工好，当对齿轮做整体热处理时，键槽侧面与底面交界处极易出现裂纹导致报废，报废是企业不愿意看到的。这样的工艺是相对合理的，不会出现因热处理而导致的报废现象。但是，由于齿轮上键槽的长度等于齿轮的轮毂宽度B，在线切割机上切割一对键槽需要花费12个小时以上的时间，钼丝的寿命只有80小时左右，切割时间是很长的，制造成本是较高的。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种高硬度外齿轮键槽。

本实用新型通过一下技术方案实现：一种高硬度外齿轮键槽，包括开设在齿轮轴孔内壁的沉槽；所述沉槽底面两侧各开有朝底部倾斜的斜面；所述斜面与沉槽侧面之间通过圆弧连接。

其进一步是：所述斜面与底面的夹角是30°。

所述斜面和侧面分别与圆弧相切。

所述圆弧的半径是沉槽宽度的八分之一。

所述沉槽通过插削或铣削的方法加工。

所述沉槽宽度是36～50mm；所述圆弧半径是4.5～6.25 mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：高硬度外齿轮键槽可以在对齿轮作整体热处理之前通过插削或者铣削加工出来，热处理之后只需磨齿面以消除各种误差即可，减少了加工键槽的时间、降低制造成本；明显降低了键槽圆角处的应力数值，提高了键连接的安全性。

附图说明

图1是开有标准双键槽的外齿轮的主视图；

图2是本实用新型的主视图；

图3是本实用新型在使用时的装配图。

图中：1、轴；2、齿轮；3、键；4、沉槽；4-1、底面；4-2、斜面；4-3、圆弧；4-4、侧面。

图中符号：(d)齿轮分度圆直径；(d_a)齿轮顶圆直径；(d_j)四个工艺孔所在圆的直径；(d₀)四个工艺孔的直径；(d_k)齿轮上内孔的直径；(b)键槽宽度；(t₁)轮毂的键槽深；(t)轴的键槽深；(h)键的高度；(r)键槽的圆角半径；(f₁)加工键槽上B₁C₁段时的退刀方向；(f₂)加工键槽上B₂C₂段时的退刀方向。

具体实施方式

以下是本实用新型的一个具体实施例，现结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图2和图3所示，一种高硬度外齿轮键槽；作为键槽使用的沉槽4单个或者对称开设在齿轮2轴孔内壁上，它包括底面4-1和侧面4-4；其中，底面4-1的两侧各开有朝底部倾斜的斜面4-2，两斜面4-2对称设置，斜面4-2与底面4-1的夹角是30°；在斜面4-2与侧面4-4之间开设圆弧4-3，圆弧4-3与斜面4-2与侧面4-4分别相切，圆弧4-3的半径是沉槽4宽度的八分之一。高硬度外齿轮的键槽可以通过插削的方法加工出来或者通过铣削的方法加工出来，铣削的方法相对更快精度更高。

如图1所示，是开有标准双键槽的外齿轮的主视图，键槽侧面与键槽底面相互垂直。其中，键槽是在齿轮做整体热处理之后做出，加工难度大，时间长，成本较高；若是，在热处理前将键槽做出，则热处理时键槽侧面与键槽底面的交界处容易出现裂纹现象。

再结合图2和图3所示，本实用新型公布的键槽横截面由线段D₁A₁、圆弧A₁B₁、线段B₁C₁、线段C₁C₂、线段C₂B₂、圆弧B₂A₂、线段A₂D₂七部分组成，其中线段D₁A₁与圆弧A₁B₁在A₁点相切，圆弧A₁B₁与线段B₁C₁在B₁点相切，线段B₁C₁与线段C₁C₂在C₁点相交，线段C₁C₂与线段C₂B₂在C₂点相交，线段C₂B₂与圆弧B₂A₂在B₂点相切，圆弧B₂A₂与线段A₂D₂在A₂点相切。在对齿轮作整体热处理之前将该对键槽插削或者铣削出来，热处理之后只需磨齿面以消除各种误差即可，这样的改进节约了加工时间，只要1个小时左右的时间就可以铣削出该对键槽，改进后的键槽在热处理时键槽侧面与底面交界处不会出现裂纹，理由是：键槽侧面与键槽底面不再是标准型中的90º结构，90º结构的键槽在热处理时时常出现裂纹现象，本实用新型键槽侧面与键槽底面之间采用圆弧–直线过渡形式，即键槽两个侧面与半径r=b/8的圆弧分别相切于A₁、A₂点，与键槽底面成30º的斜线与半径为r的圆弧分别相切于B₁、B₂点，与键槽底面成30º的斜线与键槽底面分别相交于C₁、C₂点，不再出现90º的结构，键槽左面是D₁A₁B₁C₁形成的光滑表面，键槽右面是D₂A₂B₂C₂形成的光滑表面，B₁C₁与C₁C₂的实体线夹角为150º，B₂C₂与C₂C₁的实体线夹角为150º，这样的夹角不会出现裂纹现象，即使键槽底面C₁C₂段在热处理时出现了不规则的变形，由于键槽底面C₁C₂段为非接触面，与安装的键之间存在设计上的公称间隙(t₁+t–h)，t₁为轮毂的键槽深，t为轴的键槽深，h为键的高度，当齿轮上内孔的直径d_k≥160 mm时，(t₁+t–h)≥0.4 mm。

对于标准型的键槽，当键宽b = 36～50 mm时，键槽圆角半径r = 0.7～1.0 mm，在使用时对应的剪切应力集中系数k_τ=1.6，对于本实用新型键槽，r = b/8 = 4.5～6.25 mm，在使用时对应的剪切应力集中系数k_τ=1.15，明显降低了键槽圆角处的应力数值，提高了键连接的安全性。