CN103924043A - 内齿轮及其热处理方法和热处理设备 - Google Patents

内齿轮及其热处理方法和热处理设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内齿轮及其热处理方法和热处理设备。其中，内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，半轴安装孔从齿圈座延伸出，内齿圈由内齿、外圈和端面构成。本发明的内齿轮通过对内齿轮的齿面、外圆和端面分别进行淬火，从而使得外圆及端面淬火把齿面淬火发生的变形量导正过来，且外圆及端面的硬度由原来20-25HRC达到30-50HRC，大幅度地提高了整体式内齿轮外圆及端面的硬度和韧性。

Description

内齿轮及其热处理方法和热处理设备
技术领域
本发明涉及齿轮，具体涉及内齿轮的加工。 
背景技术
在工程机械和重型车辆上，例如装载机、压路机、轮式挖掘机、重型车辆及其它大型工程车辆等，当要求有较大的主传动比和较大的离地间隙时，为了使变速器、分动器、传动轴等所受的载荷尽量小，往往将驱动桥的速比分配得较大，当主传动比大于12时，一般的整体式双级主减速器难以达到要求，此时一般需要设置轮端行星减速机构，分别安装在两侧驱动车轮的轮毂内部，称为轮边减速器。 
行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，因而目前在重载运输车辆上的轮边减速器常采用行星齿轮来传递动力，形成行星齿轮轮边减速器。其组成包括行星架、太阳轮、行星轮、行星轮轴、内齿圈、齿圈座以及半轴等，其中行星轮与行星轮轴之间设置轴承来传动，由半轴经太阳轮带动行星轮转动，经轴承传递使行星轮轴转动，进而驱动行星架转动，由行星架输出动力带动轮毂转动，从而驱动车轮转动。 
由于工程机械和重型车辆的作业环境通常都比较恶劣，因此该轮边减速器容易出现故障，特别是轮边减速器中的内齿轮，容易出现打齿及上口开裂，因此要求该内齿轮的基体及齿面的硬度高、耐冲击，从而保证车辆在工地上施工过程中或者在装载货物的行驶过程中不出问题。 
一般来说，轮边减速器中的内齿轮通常有分体式内齿轮和整体式内齿轮两种，分体式内齿是把内齿轮分成两部分加工及整体淬火，淬火变形再调整，加工后再采用齿与齿连结后用卡簧卡上再焊住卡簧，这样分成两部分再连接的内 齿轮缺点：加工困难，费用加大，变形调整后效果不好，连接部分容易脱开，内齿轮连接后质量不好，不能满足工程机械及重型车辆的工况。 
整体式内齿轮结构性好，负载量大，缺点是不能整体淬火(因为无法调整变形)，只能采用齿面淬火，其它机体部分只能插齿前调质处理，增加了插齿困难，所以整体内齿轮基体硬度强度不够。此外，该整体式内齿轮的上口容易出现开裂(因为硬度通常只有18-20HRC)，而且齿面在淬火时也容易出现变形。 
发明内容
本发明的目的之一是提供一种内齿轮加工方法，使得通过该方法加工出来的内齿轮具有较高的硬度，并且在热处理(例如淬火)过程中，内齿轮不变形。 
为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种内齿轮热处理方法，所述内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，所述半轴安装孔从所述齿圈座延伸出，所述内齿圈由内齿、外圈和端面构成，其特征在于，所述内齿轮通过以下步骤进行热处理：(a).对所述内齿轮的齿面进行淬火；(b).对所述内齿圈的所述外圆和所述端面进行淬火；(c).使所述外圆和所述端面在空气中自然冷却；(d).和所述端面进行回火处理；以及(e).回火处理后自然冷却。其中步骤(a)可在步骤(b)之前或之后进行。 
优选地，对所述内齿圈的外圆和端面的淬火同时进行。 
优选地，通过感应加热器对所述外圆和所述端面进行加热；以及在加热后使所述内齿轮旋转，并对所述外圆和端面进行喷水。 
优选地，对所述内齿圈的外圆和端面的淬火的步骤通过以下步骤进行： 
将所述内齿轮安装在淬火机床上，并使所述内齿轮自动旋转； 
调节高频淬火设备的频率，并调节所述感应加热器，从而对所述外圆和端面进行加热； 
使所述内齿轮旋转，并对所述外圆和端面进行喷水。 
优选地，上述内齿轮热处理方法还包括以下步骤：调节所述淬火机床的转速，使得所述内齿轮的外圆的线速度为为0.2mm-1mm/每秒；将所述高频淬火 设备的频率调整为200-280HZ；调节所述感应加热器，使得所述外圆和所述端面在1-2秒钟内被加热到800-1000度；以及使加热后的内齿轮自动旋转，并通过自动喷水系统在加热后1-2秒钟内向所述外圆和所述端面喷水。 
优选地，将感应加热器设置在离所述内齿轮的外圆和端面2-5mm之间的位置处。 
优选地，自动喷水系统在1-2秒钟内向所述外圆和端面喷水0.0020.005立方米。 
优选地，在内齿轮的端面和外圆淬火自然冷却24小时内，将所述内齿轮放入温度为320380度的箱式炉进行回火。 
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于对内齿轮进行热处理的热处理设备，所述内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，所述半轴安装孔从所述齿圈座延伸出，所述内齿圈由内齿、外圈和端面构成，其特征在于，所述热处理设备包括： 
用于对所述内齿轮的齿面进行淬火的第一淬火装置；以及 
用于对所述内齿圈的所述外圆和所述端面进行淬火的第二淬火装置；其中 
所述第二淬火装置包括淬火机床、高频淬火设备，以及感应加热器，所述感应加热器能够同时对所述外圆和所述端面进行感应加热。 
根据本发明的又一方面，还提供了一种用于轮边减速器的内齿轮，所述内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，所述半轴安装孔从所述齿圈座延伸出，所述内齿圈由内齿、外圈和端面构成，其中，所述内齿轮利用上述的热处理设备并通过上述的热处理方法来进行热处理。 
本发明的内齿轮热处理方法通过对外圆及端面淬火，从而把齿面淬火发生的变形量导正过来，解决了齿面淬火变形问题。同时，外圆及端面的硬度由原来20-25HRC达到30-50HRC，解决了整体式内齿轮外圆及上端面的硬度偏低。此外，本发明的热处理方法加工时间短，费用低，质量好。 
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的内齿轮的立体图；以及 
图2是图1的内齿轮的剖视立体图。 
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。附图中，相同的元件用相同或相似的附图标记来标示。 
相关术语解释 
轮边减速器：装载机、压路机、轮式挖掘机、重型车辆及其它大型工程车辆等工程机械和重型车辆上的传动系中最后一级减速增扭装置，采用轮边减速器可满足在总传动比相同的条件下，使变速器、传动轴、主减速器、差速器、半轴等部件的载荷减少，尺寸变小以及使驱动桥获得较大的离地间隙等优点，它被广泛应用于载重货车、大型客车、越野汽车及其他一些大型工矿用车。轮边减速器是为满足整个传动系统匹配的需要，而增加的一套降速增扭的齿轮传动装置，安装在车辆动力输出终端，减轻变速箱负载。 
感应加热器：简称感应器，是一种电感线圈，它能通过合理分布感应磁场来满足各种加热工艺，是实现各类感应加热工艺的关键部件，也是必须部件。 
图1和2示出了应用于工程机械和重型车辆等的轮边减速器中的内齿轮100的结构示意图。轮边减速器由行星架、太阳轮、行星轮、行星轮轴和内齿轮100等构成，如图1和2所示，内齿轮100为整体式内齿轮，由内齿圈10、齿圈座20和半轴安装孔30一体形成，所述半轴安装孔30从齿圈座20延伸出，所述内齿圈10由内齿11、外圈12和端面13构成。其中行星轮与行星轮轴之间设置轴承来传动，由半轴经太阳轮带动行星轮转动，经轴承传递使行星轮轴转动，进而驱动行星架转动，由行星架输出动力带动轮毂转动，从而驱动车轮转动。 
一般来说，该整体式内齿轮100的制造依次经过以下工序完成：下料、锻 造、粗车、调质、精车、插齿、拉花键、热处理、钻孔攻丝以及磨轴承位。其中，热处理步骤为决定内齿轮100的质量最关键的因素之一。因此，需要对内齿轮进行适当的热处理。 
根据本发明的一实施例，图1所示的内齿轮100的热处理工艺如下： 
对所述内齿轮的齿面进行淬火； 
对所述内齿圈的所述外圆和所述端面进行淬火； 
使所述外圆和所述端面在空气中自然冷却； 
对所述外圆和所述端面进行回火处理；以及 
回火处理后自然冷却。 
其中，可通过第一淬火装置(图未示)对内齿轮10的齿面11进行淬火，而通过第二淬火装置(图未示)对内齿圈10的外圆12和端面13进行淬火。第一淬火装置可以为本领域已知的任何合适的淬火装置。第二淬火装置包括淬火机床、高频淬火设备，以及感应加热器，所述感应加热器能够同时对所述外圆和所述端面进行感应加热。其中对所述内齿轮的齿面进行淬火可在对所述内齿圈的所述外圆和所述端面进行淬火之前或之后进行。回火处理可采用本领域已知的任何合适的设备来进行。 
具体地，感应加热器可用直径625mm铜管经过加热按产品的大小及形状制作而成。高频淬火设备可采用现有的任何合适的高频淬火设备，其频率可根据产品淬火的要求来调整。 
较佳地，感应加热器离加热部位，即内齿轮的外圆和端面的距离在2-5mm之间。 
根据内齿轮大小及淬火要求，调整好淬火机床的转速。较佳地，在感应加热时，淬火机床的转速设置成使得内齿轮的外圆12处的线速度为0.2mm-1mm/每秒。 
较佳地，淬火设备的频率调整为200-280HZ，功率为800KW。 
较佳地，调整感应加热器加热在1-2秒钟内达到800-1000度，对内齿轮外圆及端面进行感应加热。 
加热后内齿轮继续自动旋转，转速为0.2mm-1mm/每秒。 
较佳地，自动喷水系统在加热后1-2秒钟内向加热区域喷水冷却。较佳地，自动喷水系统在加热后1-2秒钟内向加热部位喷水0.0020.005立方水冷却。 
旋转淬火一圈后自然降温到200-300度。 
较佳地，自然冷却24小时内，放进温度为320380度的箱式炉加热3个小时，之后再放入空气自然降温，从而进行稳定性回火。 
以上各道工序，根据技术要求，机床的旋转速度与感应淬火的温度及喷水的时间和水温都需要严格的相互配合，才能保证淬火各道工序达到技术要求。外圆及端面淬火通常是齿轮的最后工艺，对感应加热器、高频设备频率以及淬火的温度、速度、水量大小的要求都很严密，不然会造成产品的报废。 
通过上述步骤，淬火后外圆及端面硬度达到30-50HRC，减少齿面淬火的变形量，使内齿轮上口容易出现开裂的部位增加硬度和韧性，解决了开裂及变形问题。根据产品的不同以及技术要求的不同，调节感应加热器、频率、转速和喷水量，淬出来的硬度不同。 
根据上述热处理方法处理后，内齿轮的上口外圆10mm-350mm处及上端面5mm-60mm处可达到硬度30-50HRC，内齿轮齿面淬火变形量为0.1-0.15mm，外圆及端面淬火后变形量减少到0.05-0.1mm，内齿轮机体的薄弱部位得到了有效的控制，由原来的20-25HRC提高到30-50HRC。 
较佳地，适于通过本发明的热处理方法处理的内齿轮100的尺寸参数为：外径从150mm到600mm、内径从100mm到450mm、从50mm到400mm、模数从2.5到12，以及齿宽从60mm到350mm。 
本发明的内齿轮热处理方法具有如下优点： 
1、外圆及端面淬火把齿面淬火发生的变形量导正过来，解决了齿面淬火变形问题。具体地，齿面淬火上口淬火后，往内变形量是0.1-0.15mm，通过外圆和端面的热处理，可以将变形量减少到0.05-0.1mm。 
2、外圆及端面的硬度由原来20-25HRC达到30-50HRC，解决了整体式内齿轮外圆及上端面的硬度偏低。 
3、大幅度地提高了整体式内齿轮外圆及端面的硬度和韧性，防止内齿轮 受力后开裂。 
4、热处理加工时间短，费用低，质量好。 
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 

Claims (10)

1.一种内齿轮热处理方法，所述内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，所述半轴安装孔从所述齿圈座延伸出，所述内齿圈由内齿、外圈和端面构成，其特征在于，所述内齿轮通过以下步骤进行热处理：
(a).对所述内齿轮的齿面进行淬火；
(b).对所述内齿圈的所述外圆和所述端面进行淬火；
(c).使所述外圆和所述端面在空气中自然冷却；
(d).和所述端面进行回火处理；以及
(e).回火处理后自然冷却；
其中步骤(a)可在步骤(b)之前或之后进行。
2.根据权利要求1所述的内齿轮热处理方法，其特征在于，对所述内齿圈的外圆和端面的淬火同时进行。
3.根据权利要求1所述的内齿轮热处理方法，其特征在于，
通过感应加热器对所述外圆和所述端面进行加热；以及
在加热后使所述内齿轮旋转，并对所述外圆和端面进行喷水。
4.根据权利要求3所述的内齿轮热处理方法，其特征在于，对所述内齿圈的外圆和端面的淬火的步骤通过以下步骤进行：
将所述内齿轮安装在淬火机床上，并使所述内齿轮自动旋转；
调节高频淬火设备的频率，并调节所述感应加热器，从而对所述外圆和端面进行加热；
使所述内齿轮旋转，并对所述外圆和端面进行喷水。
5.根据权利要求4所述的内齿轮热处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
调节所述淬火机床的转速，使得所述内齿轮的外圆的线速度为为0.2mm-1mm/每秒；
将所述高频淬火设备的频率调整为200-280HZ；
调节所述感应加热器，使得所述外圆和所述端面在1-2秒钟内被加热到800-1000度；以及
使加热后的内齿轮继续自动旋转，并通过自动喷水系统在加热后1-2秒钟内向所述外圆和所述端面喷水。
6.根据权利要求4所述的内齿轮热处理方法，其特征在于，将所述感应加热器设置在离所述内齿轮的外圆和端面2-5mm之间的位置处。
7.根据权利要求5所述的内齿轮热处理方法，其特征在于，所述自动喷水系统在1-2秒钟内向所述外圆和端面喷水0.0020.005立方米。
8.根据权利要求1所述的内齿轮热处理方法，其特征在于，在所述端面和所述外圆淬火自然冷却24小时内，将所述内齿轮放入温度为320380度的箱式炉进行回火。
9.一种用于对内齿轮进行热处理的热处理设备，所述内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，所述半轴安装孔从所述齿圈座延伸出，所述内齿圈由内齿、外圈和端面构成，其特征在于，所述热处理设备包括：
用于对所述内齿轮的齿面进行淬火的第一淬火装置；以及
用于对所述内齿圈的所述外圆和所述端面进行淬火的第二淬火装置；其中
所述第二淬火装置包括淬火机床、高频淬火设备，以及感应加热器，所述感应加热器能够同时对所述外圆和所述端面进行感应加热。
10.一种用于轮边减速器的内齿轮，所述内齿轮由内齿圈、齿圈座和半轴安装孔一体形成，所述半轴安装孔从所述齿圈座延伸出，所述内齿圈由内齿、外圈和端面构成，其特征在于，所述内齿轮利用权利要求9所述的热处理设备并通过权利要求1-9中任一项所述的热处理方法来进行热处理。
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