内花键式链轮优化设计

2015-06-13王喜鹏

凿岩机械气动工具 2015年1期

王喜鹏

(天水风动机械有限责任公司技术中心，甘肃天水 741020)

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随着我国机械行业的快速发展，对于一些大型链传动结构中承受重载、冲击和复杂应力的关键零件——链轮提出了更高的设计和使用要求，要求其具有较高的耐磨性、抗表面接触疲劳强度和弯曲疲劳强度等综合性能。大部分场合使用的链轮形式大多为整体式、单键式连接，由于使用过程中的频繁启动、制动，使得链轮承受较大过载冲击载荷的影响，造成链轮早期失效。下面就某企业引进的大型货架输货设备中的内花键式链轮的研制为例，从材料选用、结构形式和参数计算方面进行介绍。

1 内花键式链轮的优化设计

1.1 内花键式链轮的材料选用

内花键式链轮常用的原材料为20CrMnTi［1］，其钢化学成分及力学性能见表1，其在使用过程中由于受较大的冲击载荷，出现了内花键式链轮早期失效现象。经测量分析得知，20CrMnTi由于其钢的淬透性能有限，不能满足大直径大模数链轮的要求，渗透有效硬化层深度不能满足重型齿轮的要求。此外，在热处理过程中，钢易产生内氧化和非马氏体组织而降低链轮的使用寿命。为了满足使用要求，必须提高链轮材料的综合性能。

随着新型链轮用钢的开发和应用，链轮钢的水平上了一个新的台阶，如新型钢20CrNi2Mo，20CrNi2Mo 化学成分［1］见表 2。

20CrNi2Mo钢中的Cr、Ni和Mo均有利于提高淬透性及抗蚀能力。Ni可提高渗碳的韧度，Ni和Mo综合作用对提高淬透性非常有利，Ni和Mo的匹配使钢在高碳时具有良好的淬硬层均匀性，并提高渗碳韧度。因此，用20CrNi2Mo钢制作的内花键式链轮渗碳后的各种力学性能优越，故在本次设计中选用20CrNi2Mo钢作为内花键式链轮的材料。

表1 20CrMnTi钢化学成分（质量分数，%）和力学性能

表2 20CrNi2Mo钢化学成分（质量分数，%）和力学性能

1.2 内花键式链轮的结构形式

内花键式链轮的结构形式如图1所示，鉴于其使用过程中输入扭矩较大，且精度要求相对较高，根据GB/T 5371-2004《极限与配合过盈配合的计算和选用》标准，经过计算和校核，内花键式链轮在满足传递力学性能的基础上采用分体加工、过盈配合组装。同时分体式的内花键式链轮在加工过程中采用插齿加工、高精度磨削工艺［2］，提高了链轮的精度，使链轮副的啮合性能更加良好，提高了链轮的抗表面接触疲劳强度、抗弯曲强度与抗冲击能力，从而提高了链轮的可靠性及使用寿命。