礦用汽車變速箱動力輸出PTO裝置是現(xiàn)代礦用汽車十分重要的傳遞動力裝置，由這一裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向油泵的驅(qū)動。

　　隨著大噸位礦用汽車的快速發(fā)展，對小PTO的需求也隨之增長。我單位為了適應(yīng)市場發(fā)展的需要，在充分消化吸收進(jìn)口小PTO的基礎(chǔ)上，結(jié)合國情和廠情，成功的開發(fā)和生產(chǎn)了小PTO，先后從設(shè)計、制造、安裝到使用維修的全過程，進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究和分析，為生產(chǎn)出高質(zhì)量的小PTO奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

　　現(xiàn)將這一過程總結(jié)成《礦用汽車變速箱動力輸出PTO裝置的研究與制造》一文，并將此文奉獻(xiàn)給國內(nèi)礦用汽車的設(shè)計、使用、維修單位的同行，以供工作中參改。

　　一、小PTO的組成及其工作原理

       1、小PTO的組成、見圖1所示。

　　圖1 小PTO構(gòu)成分解圖

　　1—卡簧; 2—軸承; 3—卡簧; 4—輸出軸; 5—從動齒輪; 6—螺塞;

7—O形密封圈; 8—中間軸; 9—螺塞;10—小PTO殼體;11—螺塞;12— 螺塞;

13—鎖止墊圈;14— 內(nèi)六方定位螺釘;15— 軸承;16—雙聯(lián)齒輪;17、18、19—調(diào)隙片。

　　2.小PTO的工作原理(見圖2、圖3所示)

　　圖3 變扭器結(jié)構(gòu)簡圖

　　從圖3中的油泵驅(qū)動齒輪(主動輪)算起，到圖2中的從動齒輪為止，齒輪的傳動為增速傳動，其傳動比等于1.2。當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速在2100轉(zhuǎn)/分時，油泵的轉(zhuǎn)速為2520轉(zhuǎn)/分。

　　從圖2、圖3可知：變扭器中的泵輪是輸入元件,為發(fā)動機(jī)所驅(qū)動。油泵驅(qū)動齒輪(DP6 α=25°z=59)通過螺釘緊固在泵輪上,隨泵輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。油泵驅(qū)動齒輪和過橋齒輪(DP6 α=25°z=56)相嚙合。過橋齒輪和小PTO雙聯(lián)齒輪上的大齒輪(DP6 α=25°z=36)相嚙合;雙聯(lián)齒輪上的小齒輪(DP6 α=20°z=22)和小PTO的從動齒輪(DP6 α=20°z=30)相嚙合。由于從動齒輪的轉(zhuǎn)動，通過內(nèi)花鍵帶動輸出軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向油泵的外花鍵和輸出軸的內(nèi)花鍵相連接，于是通過齒輪傳動，最終帶動油泵工作。

　　二、小PTO殼的加工及注意事項

　　1.小PTO殼體的技術(shù)要求

　?、贇んw上的兩個軸承位孔的不同軸度不大于φ0.025，并且與殼體基面K(見圖2所示)不平行度不大于0.04;

　?、跉んw上的兩個中間軸孔的不同軸度不大于φ0.015，并且與殼體基面K不平行度不大于0.04;

　?、蹥んw上軸承孔口端面與兩軸承孔軸線的不垂直度不大于0.0127;

　?、芗庸ぶ袘?yīng)確保嚙合齒輪的中心距正確無誤。

　　2.小PTO殼的加工工藝

　　鑄造毛坯→拋丸清砂→去應(yīng)力→刷漆→鉗工劃線→粗、精銑殼體的下基準(zhǔn)面K面，保相關(guān)高度尺寸→按標(biāo)準(zhǔn)圖以殼體下面K面為基準(zhǔn)，鉗工劃線→在數(shù)控立銑上按要求找正并緊固工件、鏜孔及銑相關(guān)端面→鉗工劃線→鉆孔、攻絲→鉗、修銼毛刺飛邊，刷漆→綜合檢驗→入庫。

　　3.加工中的注意事項

　?、僭趧澗€和加工中從始至終抓住設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、安裝基準(zhǔn)重合的原則，對基面K面的認(rèn)定就符合這一原則。

　?、趦蓚€軸承內(nèi)孔和中間軸的兩個軸孔的加工，上、下的兩個孔應(yīng)在一次裝夾中加工完畢，以保證同軸度的要求。

　　三、雙聯(lián)齒輪的加工及注意事項

　　1.雙聯(lián)齒輪加工的技術(shù)要求

　　①以兩軸承內(nèi)孔為基準(zhǔn)，雙聯(lián)齒輪對兩軸承位的同軸度不得大于φ0.02;

　　②兩軸承的安裝定位端面對兩軸承位軸線的不垂直度不得大于0.0127;

　?、垭p聯(lián)齒輪齒面硬度要求在640～680HV。

　　2.雙聯(lián)齒輪的加工工藝

　　鍛造毛坯→等溫正火→粗車→調(diào)質(zhì)→半精車→滾齒+插齒→去毛刺、倒角→輝光離子氮化→磨內(nèi)孔→人工打磨→綜合檢驗→入庫。

　　3.對雙聯(lián)齒輪加工工藝的分析

　?、俨捎玫吞己辖痄摑B碳淬火的工藝

　　滲碳淬火引起的熱處理變形，通過磨齒予以消除。但齒輪結(jié)構(gòu)上只能磨雙聯(lián)齒輪中的大齒輪，對小齒輪無法進(jìn)行磨削。

　　②采用熱前剃齒的工藝

　　雖經(jīng)熱前剃齒可提高齒輪的制造精度，但對于齒輪熱處理后的質(zhì)量還無法全面控制，因為在滲碳淬火中會造成齒輪的變形。對沒有勻稱結(jié)構(gòu)的齒輪會有重大的影響，質(zhì)量上得不到應(yīng)有的保證。

　　我單位這種齒輪的生產(chǎn)批量小，同時受到熱處理工藝手段的限制，對熱后齒面硬度高達(dá)58～62HRC，已無法通過剃齒消除熱處理的變形。

　?、鄄捎幂x光離子氮化的工藝

　　a.輝光離子氮化的表面具有高硬度和高耐磨性。

　　b.輝光離子氮化與滲碳相比，滲氮層能獲得更大殘余壓應(yīng)力。

　　c.經(jīng)過輝光離子氮化齒輪的齒部和內(nèi)、外花鍵僅需人工打磨后不再經(jīng)過任何加工就可直接使用，工藝簡單易行。

　　d.輝光離子氮化工藝由于在低溫下進(jìn)行，而且不發(fā)生相變，所以工序少，特別是熱處理變形很小。

　　通過以上三種工藝的對比分析，輝光離子氮化的工藝是最佳選擇。

　　四、小PTO輸出軸的加工及注意事項

　　1.小PTO驅(qū)動軸的技術(shù)要求

　?、僖詢奢S承位為基準(zhǔn)，內(nèi)、外花鍵對軸承位的不同軸度不得大于φ0.015。

　?、谳S承位的安裝定位端面對兩軸承位軸線的不垂直度不得大于0.02。

　?、蹆?nèi)、外花鍵表面硬度要求在540～600HV。

　　2.輸出軸的加工工藝

　　鍛造毛坯→等溫正火→粗車→調(diào)質(zhì)280～320HBS→半精車內(nèi)孔及端面→拉花鍵→雙頂專用花鍵心軸，精車各部尺寸至圖紙要求→滾外花鍵→鉗工修銼毛刺及飛邊→輝光離子氮化→人工打磨→磨軸承位外圓→檢驗入庫。

　　3.加工中的注意事項，詳見本文的第五“輝光離子氮化的注意事項”

　　五、輝光離子氮化的注意事項

　　1.齒輪的調(diào)質(zhì)工藝對離子氮化質(zhì)量有很大的影響，務(wù)必引起高度重視。

　?、冽X輪離子氮化前對調(diào)質(zhì)工藝的要求，見表1所示。

　　表1

　　滲氮前的調(diào)質(zhì)是為了獲得均勻而致密的回火索體組織，保證心部的力學(xué)性能，并有利獲得均勻一致的滲氮層。心部硬度對滲氮表面硬度有很大影響，提高心部硬度可以彌補(bǔ)滲氮層偏淺而帶來的過渡區(qū)強(qiáng)度不足。根據(jù)美國AGMA在滲氮工藝規(guī)范中規(guī)定：對于SAE4340(相當(dāng)國產(chǎn)鋼號40CrNiMoA)、SAE4140(相當(dāng)國產(chǎn)鋼號42CrMoA)系鋼材心部調(diào)質(zhì)的硬度不能低于300HB。

　　②調(diào)質(zhì)時淬火溫度的高低和保溫時間長短的影響：

　　調(diào)質(zhì)溫度太低或保溫時間不夠，調(diào)質(zhì)后有游離鐵素體存在，由于氮在鐵素體中的擴(kuò)散速度較大，該處在滲氮后就會有較高的氮濃度，而形成針狀氮化物，使?jié)B氮層脆性增大，容易剝落。因此調(diào)質(zhì)后，表層不允許出現(xiàn)游離鐵素體。相反，若淬火溫度過高，淬火后晶粒粗大，氮化物優(yōu)先沿晶界伸展，滲氮層出現(xiàn)波紋狀或網(wǎng)狀組織，也使?jié)B氮層脆性增大。

　?、刍鼗饻囟雀叩偷挠绊懀?/p>

　　回火溫度的高低決定了基體中碳化物的彌散度。因此溫度太高，基體中碳化物彌散度減小，滲碳件心部強(qiáng)度和硬度不足，不能起支撐硬而脆的滲氮層作用?；鼗饻囟忍?，心部強(qiáng)度和硬度過高，零件調(diào)質(zhì)處理后切削加工困難，還會直接降低滲氮速度。

　　2.粗滾齒或粗插齒后的穩(wěn)定化處理—是減小離子氮化畸變的質(zhì)量保證

　　對大模數(shù)的齒輪為了減小離子氮化時的畸變，離子氮化之前務(wù)必去除機(jī)加工時的加工應(yīng)力，在齒輪粗滾齒或粗插齒后必須進(jìn)行1～2次穩(wěn)定化處理，以釋放和消除加工應(yīng)力。穩(wěn)定化處理的溫度應(yīng)比調(diào)質(zhì)時的高回溫度低20～30℃，保溫時間3～10h(具體保溫時間根據(jù)工件的形狀和尺寸大小來確定)，然后再進(jìn)行精加工和精滾齒或精插齒。

　　穩(wěn)定化處理的溫度千萬不要超過調(diào)質(zhì)時的高回溫度，以免調(diào)質(zhì)硬度下降，影響氮化后的質(zhì)量，必須引起足夠的重視。

　　3.礦用汽車重載齒輪離子氮化應(yīng)用的模數(shù)范圍

　　國際上公認(rèn)的模數(shù)在10個以下，德國的齒輪權(quán)威機(jī)構(gòu)推薦的模數(shù)為8個以下，美國和英國推薦的工業(yè)滲氮齒輪模數(shù)為7個左右。

　　對于模數(shù)大于8的齒圈，當(dāng)載荷系數(shù)較大或存在較大的沖擊載荷時，選用離子氮化工藝時，必須經(jīng)過仔細(xì)的強(qiáng)度校核，考慮足夠的安全系數(shù)，最好經(jīng)過臺架試驗的驗證。

　　4.關(guān)于對離子氮化氮化層深度的確定

　　增加氮化硬化層深度，可克服過渡區(qū)的強(qiáng)度薄弱問題。齒輪滲氮層的深度可以根據(jù)模數(shù)的大小，按表2推薦的數(shù)值選用。

　　表2

　　國外一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，對于某些重載齒輪，其滲氮層深度要求0.8～1.2mm。如著名的美國費(fèi)城齒輪公司生產(chǎn)的高參數(shù)齒輪中有43%采用滲氮工藝。對于模數(shù)m=2～6時，層深為0.64～0.76mm;模數(shù)m>6～9時，層深為0.89～1.02mm。

　　工業(yè)齒輪的滲氮層深度，除參考表2進(jìn)行選擇外，根據(jù)國內(nèi)、外有關(guān)資料表明，建議采用>0.6mm的滲氮層深度，這時齒輪的承載能力、抗磨損、抗疲勞性及抗膠合等綜合性能處于最好的組合狀態(tài)，具有較寬的工況適用性。

　　5.離子氮化之后，對齒輪齒部表面的人工打磨

　　離子氮化之后，齒輪的齒部表面粗糙度有所下降，用手觸摸有較明顯的粗糙感，因此可用人工用0～1的金剛砂紙沿整個齒面打磨，打磨時間以每個齒1～2分鐘左右即可。經(jīng)過打磨后的齒部表面，粗糙度得到顯著的提高，這一人工打磨工藝不可省略。

　　六、小PTO安裝中的技術(shù)要求及注意事項：

　　1.小PTO安裝中的技術(shù)要求

　?、傩TO各齒輪應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不得有竄動、沖擊異常噪聲和阻滯現(xiàn)象。

　?、谛TO滿載時的噪聲值不得大于85dB(A)。

　?、坌TO潤滑油不得有滲漏現(xiàn)象。

　　④小PTO與發(fā)動機(jī)連接螺栓的強(qiáng)度等級不得低于8.8級。

　?、菪TO在正常裝配、使用和保養(yǎng)的條件下，首次大修期的壽命應(yīng)不低于5000小時。

　　2.小PTO安裝中的注意事項

　?、?滾動軸承的安裝：

　　a.確保作業(yè)場地以及所用的設(shè)備工具，擦拭和潤滑材料，軸承本身及相配零件的清潔。

　　b.由于SKF軸承出廠前涂有防護(hù)油脂，安裝前不要清洗軸承。防護(hù)油脂在投入運(yùn)行后，能充分和潤滑油融為一體，并參與正常的潤滑，沒有任何負(fù)面的影響。同時在沒有投入運(yùn)行前，在庫房存放期間，由于防護(hù)油脂的作用，仍有可靠的防護(hù)作用。因此，對用戶的使用非常方便。

　　c.軸承安裝前，應(yīng)對軸承及相配件進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時排除，否則不能安裝。

　　d.軸承安裝時，應(yīng)根據(jù)軸承的配合性質(zhì)，合理選擇裝配方式：冷裝或熱裝。

　　e.安裝軸承時，應(yīng)盡量使用壓力機(jī)和各種拉器等專用拆裝工具，盡量避免用銅棒或手錘直接敲擊。加力時，壓力必須均勻的分布在套圈四周，方向與套圈端面垂直。

　　f.安裝軸承時，應(yīng)加力于緊配合的套圈上。如果加力于非緊配合的套圈上，壓力就要通過滾動體傳到緊配合的套圈上，必然在軸承工作表面產(chǎn)生凹痕，引起軸承的早期損壞。

　　g.安裝軸承時必須仔細(xì)進(jìn)行，避免軸承損傷。保持架最容易變形，注意安裝中盡量不讓保持架受力。

　　h.確保軸承的安裝精度。要嚴(yán)格按照技術(shù)條件的要求，保證軸承與相配件的配合精度和相互位置精度及軸承游隙，安裝后應(yīng)進(jìn)行檢查和調(diào)整。

　　② O形密封圈的安裝：

　　a.安裝前應(yīng)檢查O形密封圈規(guī)格、型號、配合尺寸,并檢查O形密封圈有無碰壞損傷、變形、裂紋等現(xiàn)象，合格后方可使用。

　　b.檢查中間軸上安裝O形密封圈的表面和軸端導(dǎo)入角表面;以及小PTO殼體上安裝O形密封圈的內(nèi)孔表面和導(dǎo)入倒角表面是否有毛刺、溝痕。如發(fā)現(xiàn)毛刺、飛邊、溝痕等應(yīng)徹底修復(fù)去除，然后用汽油清洗，不允許有灰塵、雜質(zhì)附在零件表面。

　　c.安裝與裝配的過程中應(yīng)保持清潔,保證O形密封圈表面不被劃傷碰壞或局部切邊缺肉。

　　d.手動安裝時,不可使用尖銳工具，但要盡量有效借助工具以保證O形密封圈不扭曲。

　　e.禁止過分拉伸O形密封圈。

　　f.安裝與裝配中，可在O形密封圈上滴幾滴10號機(jī)械油或透平油，以便于裝配。

　　七、小PTO常見故障及產(chǎn)生原因和防治措施(見表4所示)

　　表4