关键词：转鼓式飞剪;同步齿轮;过盈量;转动角度;NEVER CORR涂层
概述
我公司承接制造宝的钢特殊钢分公司的转鼓式飞剪（见图1），是德国著名SMS公司设计的，最大剪切钢板35.5x13001300，最大剪切力为1015吨，该飞剪具有液压快速更换剪刃、同步斜齿轮传动、轴向移动转鼓刀轴调整补偿剪刃磨损、工艺流程全部计算机控制等先进功能，具有当代世界先进水平的新一代产品，它的工作原理如图1所示，主要靠两个转鼓刀轴转动的运动来剪切钢板的，电机通过减速机传动下转鼓刀轴，下转鼓通过同步齿轮带动上转鼓刀轴，上、下转鼓刀轴每转一周剪刃重合剪切一次，从而完成剪切运动。上、下转鼓轴在传动侧和操作侧均设有同步斜齿轮，这样可以避免在剪切过程中因转鼓轴的扭转弹性变形而引起剪切间隙在轴线方向的变化，性能更稳定，提高了剪切质量。
图 1 飞剪布局图
该飞剪设计结构复杂、紧凑、装配精度要求高，尤其是作为以传递载荷为主上、下转鼓刀轴与同步斜齿轮的安装（图2 同步齿轮布置）是转鼓式飞剪装配要点，同步齿轮的安装采用的是热胀法装配，顺序是先安装下转鼓刀轴两侧的同步齿轮，再安装上转鼓刀轴操作侧的同步齿轮，最后也是最重要的热装上传动侧同步齿轮。
因为，这四个同步齿轮体积很大，操作侧的上、下同步齿轮各有3吨，传动侧的下齿轮有5吨，上同步齿轮有7吨，上、下转鼓刀轴个有24吨，同步齿轮和转鼓刀轴安装的配合过盈量很大，且同步齿轮是斜齿轮，安装时候需要旋转推入，安装稍有不慎或安装不到位，再次拆卸不当会造成零件的报废，造成经济损失，所以在安装之前要充分考虑齿轮和轴的过盈量、计算预热温度以及必要的工装设计以及详细安装步骤的筹划，保证一次安装到位。
图2 同步齿轮布置
本文将详细介绍该转鼓式飞剪大过盈量同步斜齿轮热装的方法，以及安装过程中需注意的几个问题。
1.安装前的准备工作
1.1热胀法装入条件理论分析
1.1.1同步斜齿轮装配过程中过盈量测量和加热温度确定
两对同步齿轮的外观形状及尺寸见图3。
图 3
转鼓刀轴直径φ709.43h6和同步齿轮孔直径φ709H7，理论过盈量0.43，实际测量过盈量如下表：
同步齿轮
齿轮孔
转鼓刀轴
理论过盈量
实测过盈量
操作侧下同步齿轮
φ709H7
φ709.43h6
0.38-0.56
0.4
操作侧上同步齿轮
φ709H7
φ709.43h6
0.38-0.56
0.39
驱动侧下同步齿轮
φ709H7
φ709.43h6
0.38-0.56
0.4
驱动侧上同步齿轮
φ709H7
φ709.43h6
0.38-0.56
0.41
因驱动侧上同步齿轮较大，较重约7吨，实测过盈量为0.41也是最大，故热装时计算也以驱动侧上同步齿轮为准，孔与轴在装配时间隙△为：
△=（0.09%-0.14%）df=0.638-0.993;
根据热装公式计算同步齿轮装配时需加热温度t2
t2=（+△）/（αa*df）+t=183℃ （I式）
式中：
过盈量δmax=0.41
装配间隙选取△=0.8，（考虑上下齿啮合最大间隙0.1，调整上、下同步齿轮啮合的偏心套最大偏心量0.8，故热装时间隙不能大于0.9）
装配环境温度t=26°
锻钢线膨胀系数αa=0.000011
直径df=709
经计算，加热温度至183°C，则齿轮内孔涨开0.90mm，热装时同步齿轮和转鼓刀轴的间隙为0.49mm。
1.1.2影响上同步齿轮装入因素
考虑到加热齿轮温度过高会影响齿轮的硬度，也会导致齿轮外径膨胀，可能造成上、下同步齿轮出现膨死现象。
利用上面I式理论反推加热时同步齿轮分度圆热胀△1
△1=（t2-t）*αa*df′=（183-26）*0.000011*1260/cos10°=2.21
分度圆直径df′=1260/cos10°
即上同步齿轮在加热时在分度圆上单边膨胀：
△3=△1/2=2.21/2=1.105
查设计手册得：齿轮为标准渐开线齿轮，齿轮的最小侧隙为中等侧隙jn=0.5，由图3关系可知，
h=0.5/sinβ=1.46;β=10°
如果考虑装配好后调整上、下同步齿轮啮合的偏心套最大偏心量0.8，则上同步齿轮理论上可以线性单边膨胀H=0.8+h=2.26，因为△3=1.105 1.1.3对齿轮材料17CrNiMo渗碳淬火后的最高允许回火温度的试验
183℃时，上、下同步齿轮是不会胀死。
图5 实验得材料17CrNiMo渗碳淬火后的回火与硬度变化曲线表
结论： 此材料渗碳淬火后，加热到180°C时候齿顶和齿面的硬度变化不大。
1.1.4上同步齿轮装入时，配合的下同步齿轮转动角度的确定
当上同步齿轮轴向导入转鼓刀轴时，因是上、下同步齿轮都是斜齿轮，故上同步齿轮要进入很小的位移量，上、下两齿轮啮合间隙马上就由大到小，直至为零;这时就需要转动下转鼓刀轴，使两刀轴产生相对转动来补偿间隙后，齿轮才能继续导入，直到安装到位，这就是有别于下刀轴齿轮安装的地方，也是整个同步齿轮安装的难点。
计算下转鼓刀轴在安装上同步齿轮需要转动的角度，传动侧上、下同步齿轮啮合宽度725mm，为两对同步齿轮中最大捏合长度，斜齿螺旋角为10°，分度圆直径为1260mm，计算如下：
弧长L=725*tgβ=725*tg10=127.837;
转动角度θ=L/（1260/2COSβ）*180°/π =11.45°。
故下转鼓刀轴需要转动11.45°，传动侧上同步齿轮才能安装到位。
1.1.5上同步齿轮安装推入的工装的考虑
热装前要考虑到安装斜齿轮安推入的难点问题，特别是最后安装传动侧上同步齿轮的时候，该零件有7吨重，考虑到上、下同步主斜齿轮的安装间隙以及预热温度，一旦安装时间太长，温度下降就会在安装未结束时候因温度下降间隙变小到无而抱死在转鼓刀轴上，造成安装失败，我们设计了齿轮端面的推入工装，并在下转鼓刀轴后端安装一个搅杆，转动刀轴，这样可轻松将齿轮快速压入，直至预定的位置上。
1.1.6安装过程中的预防工作
安装同步齿轮成功与否的关键在于齿轮与刀轴能否形成理想的温差;为了保证安装顺利，我们还准备了在同步齿轮面上涂NEVER CORR涂层保护层，预备了焊枪加热齿面，NEVER CORR涂层的作用是能有效的保护加热齿轮时候可以防止齿温度过高而改变齿面的机械性能，一旦安装时间过长，可以用焊枪加热齿面以延长安装时间，防止齿轮和转鼓刀轴温差过小而产生抱死现象。
2.安装过程
首先对齿轮180℃预热，齿轮加热前先将工装压板固定在齿轮上，预热11个小时后，出炉后，室温26℃，齿轮表面涂NEVER CORR涂层保护，先安装两个下同步齿轮，再安装两个上同步齿轮，上同步齿轮通过端面的压入工装，将齿轮压入上转鼓刀轴;操作侧由两人完成刀轴旋转的微调，用搅杆转动便可轻松将齿轮快速压入，直至设计的安装位置，整个过程，各组分工明确，配合谐调，顺利地完成了同步齿轮的安装。
3.结论
在安装较大尺寸的斜齿轮副时，如果其齿轮内孔与主轴有较大过盈配合时，热装前各项准备工作一定要做得充分，困难要估计得足。本文详细介绍了转鼓式飞剪传动同步齿轮在安装过程中各种问题以及注意事项，供有关技术人员参考。
参考文献：
[1]许定奇，孙荣文.《过盈联结的设计、计算与装拆[M]》北京：中国计量出版社，1992.
[2]成大先主编.《机械设计手册》[M] 第四版;2002年，化学工业出版社.
[3]廖念钊.《互换性与测量技术基础》北京;中国计量出版社，1988.
作者简介：敬海尚，（1967-），男，大学本科文凭，高级工程师，现从事冶金成台设备的设计及制造等工作。