冶金重载齿轮的修复技术

第32卷　第1期

2004年1月

湖　南　冶　金

HUNAN M ETALLU R GY

V o l 132　N o 11January 2004

收稿日期:2003—07—13

作者简介:张鲁松(1960—),男,高级工程师,主要从事冶金机械设计与设备管理工作。

冶金重载齿轮的修复技术

张鲁松,高岩军,潘忠民

(济南钢铁集团总公司,山东　济南　250101)

摘　要:着重介绍多种修复技术在冶金企业重载齿轮中的应用与修复工艺方法,对几种修复技术给出

了力学模型和计算公式、计算方法,并提出了齿轮修复的经济性原则。经工厂实践证明修复重载齿轮是可行的、可靠的、经济的。

关键词:冶金;重载齿轮;修复技术

中图分类号:T F 307 文献标识码:A 文章编号:1005-6084(2004)01—0040—05

REST ORATIVE TECHN IQUE FOR HEAVY LOAD GEARS IN THE M ETALL URG Y IND USTRY

ZHAN G L u

song ,GAO Yan

jun ,PAN Zhong m in

(J inan I ron &S teel G roup Co 1L td 1,J inan 250101,Ch ina )

ABSTRACT :T h is p ap ers is em p hasizeed to in troduce that som e resto rative techn ique and its app licati on in heavy load gears of the m etallu rgical indu stry 1Som e m echan ics p attern and the calcu lati on fo rm u la of the resto rati on techn ique and the gear resto rati on econom y ru le w as given in th is p ap ers 1T he resto rative p ractice show s that the resto ring heavy load gear is feasib le ,dep endab le ,econom y 1

KEY WORD S :M etallu rgy ;H eavy load gear ;R esto rati on techn ique

1　前　言

冶金企业齿轮多在极度负荷状态下工作,因此常出现点蚀、剥落、磨损,甚至断齿失效。通常情况下齿轮产生轻、中度点蚀及磨损仍可继续使用多年(济钢中型轧钢厂540轧机人字齿轮机座,中硬齿面齿轮轴已安全使用十多年[1]),一旦出现重度剥落及断齿其寿命将终结。就拿轧钢机主传动装置来说,一组传动齿轮的制造费用少则十几万元,多则上百万元,且制造周期长,失效换新将给企业造成很大损失。近年来广大工程技术人员应用多种工艺方法来修复失效齿轮,取得

了显著的经济效益。本文着重介绍多种修复技术在冶金企业重载齿轮中的应用与修复工艺方法。

2　齿轮修复技术与方法

211　“冷焊”法

在世界工业发达国家,工业修复技术越来越大地引起设备专家的重视。一种被称为“冷焊技术”的金属修复新工艺,在工厂设备维修与防护以及延长设备使用寿命方面发挥着重要作用。近年来有许多性能优异的工业修补材料被开发出来,比如美特铁MM 聚合金属陶瓷复合材料与金属的粘接强度已经高于热喷涂的粘接强度,其抗

2004年第1期张鲁松等:　冶金重载齿轮的修复技术41

压强度高达200M Pa ,抗拉强度已达80M Pa ,抗剪强度达31M Pa ,抗弯强度达78M Pa 。

应用高强度结构胶将断齿“冷焊”修复的工艺及修复强度校核的力学模型与计算方法分述如下。

21111　线材轧机联合齿轮箱修复工艺简介该联合齿轮箱中间齿轮轴一齿沿端部断裂,

两齿萌生疲劳裂纹,断齿长86mm ,高36mm (见图1),模数m n =16mm ,齿数z =29,

材质

图1　联合齿轮箱中一齿断裂示意为45#钢表面高频淬火,输入功率2000k W 。采用T S 811高强度结构胶端面粘接,同时沿径向栽6根圆柱形38C rSi 销强化,修复材料机械性能见附表,其修复工艺如下所述。

(1)采用高效清洗剂清洗断齿处油污。

(2)将断齿固定在原断裂位,沿断齿齿顶钻

6个<10+0105

×80mm 径向孔,以便加钢销强化。(3)车销子,尺寸为<9180-

0110

×80mm ,表面

粗糙度R a 116。

(4)断口喷砂除油净化。

(5)用脱脂棉蘸高效清洗剂反复清洗钢销、销孔、断齿面。

(6)按A ∶B =6∶1的重量比配胶后涂敷于断口、销子及销孔,断齿粘合,套接栽销。

(7)25℃,24h 固化,修磨外形。

同法,对萌生裂纹的轮齿加销注胶止裂强

化。

附表　修复材料机械性能

品名

拉伸强度 M Pa 剪切强度 M Pa 冲击韧性 J ・c m -2

硬度安全极限 M Pa 弹性模量 GPa

T S 811 6915

4913

18—

5516

　4

38C rSi

1098

815

35

HRC 32

878

200

21112　修复强度校核的力学模型与计算

(1)力学模型。设定:A 断齿发生在根部;B

所栽销子在断齿上间隔均匀。可得图2a 所示分

析单元。

图2　断齿修复的力学模型

由附表中,E 811 E 38C rSi =2%,在外力F 一定的情况下,胶中应变要比钢大50倍,所以可认为:第一,A —A 截面上将主要由销子承受外力F 引起的弯矩;第二,相对胶层变形,B —B 面为刚性。

(2)力学计算。齿受力变形后的平衡姿态如图2b 所示。

设:M 1为外力F 引起的弯矩;M 2为胶层变形

而产生的抗力矩;E 1为钢销的弹性模量;E 2为胶层的弹性模量;W 为钢销的截面系数;Ε为应变量;〔Ρ〕1为钢销的许用应力;〔Ρ〕

2为胶的许用应力;P ca 为斜齿轮传动啮合线单位长度的计算载荷。根据虎克定律,Ρ=E Ε,销子所受应力为:

M 1-M 2W =∃X 1

∃X

E 1

(1)M 1=P ca ・D ・H

(2) M 2=4261

∃X 1

∃X

E 2(3)

将(2)、(3)式代入(1)式得:∃X 1∃X =

P ca D H

W E 1+4261E 2

(4)

因此销子上的最大正应力Ρ1m ax =

∃X 1

∃X

E 1;胶层中的最大正应力Ρ2m ax =∃X 2∃X E 2=L r ∃X 1

∃X

E 2。若

Ρ1m ax <[Ρ]1,Ρ2m ax <[Ρ]2,则强度校核通过。