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齿轮固定施力夹具的设计研究

郑金鹿 王科研 孙婷婷
【摘要】齿轮传动是一种重要的机械传动，但齿轮制造存在各种公差，影响齿轮啮合条件，引起噪声振动，降低齿轮及轴承的使用寿命。为改善这一状况，在进行装配时需要对齿轮及轴承进行选配，最大程度改善啮合状态。选配依据是测量配对齿轮的配合参数，测量过程中用到的重要夹具就是齿轮固定施力夹具。本文通过实例，对在航空发动机装配过程中测量齿轮副参数时需要用的齿轮固定施力夹具的设计方法进行了探究。
【关键词】齿轮副；固定施力夹具；弹性涨套
一、任务来源
某型机中央传动机匣组件齿轮配对交付和装配中为保证装机质量，装配设计图对齿轮副装配试车进行了一系列严格的要求。使产品在交付之前能完全模拟并达到飞行要求，安全系数高。所以裝配时要对齿轮副进行严格的参数测量，但如何能保证齿轮副在牢固可靠稳定的状态下完成测量工作，主动齿轮和从动齿轮如何固定，如何实现双向推拉力并能达到图纸要求300N的力，这需要我们进行新工装设计方法的探究。
二、确定设计方案
（一）设计分析
通过查阅齿轮图纸，发现此齿轮为减重，设计时在满足强度的条件下，设计成中空结构，因此，可采用弹性涨套的结构，对齿轮的内孔进行固定。
对如何施加推拉300N力，主要是通过施力螺母旋转，上下移动压缩弹簧随之变化，产生的力作用到齿轮，来达到施力要求。夹具整体固定时，机匣基本不动，机匣表面通常会有螺桩或者是螺纹孔与其它部件连接，固定时其余部件不安装，因此可以利用这些螺桩或者是螺纹孔对齿轮内孔的固定夹具进行固定。
（二）齿轮固定结构设计
第一，弹性涨套结构的设计。弹性涨套是利用弹性元件受力后的均匀弹性变形，实现对齿轮内孔的涨紧，通过摩擦力实现固定齿轮的目的。我设计的弹性涨套结构，它是一个薄壁带锥面的弹性体，带锥面一端开有六条轴向槽， 由三个基本部分组成。一是卡爪A（颈部），二是弹性瓣B（弹性部分），三是尾部部分C。卡爪A （颈部）是涨紧齿轮内孔的主要工作面，又是摩擦面，故要求耐磨，一般热处理淬火硬度为HRC40-45， 弹性瓣B（弹性部分）经常张开、收缩，为了防止断裂和产生永久变形，故要具有良好的弹性和耐磨性以及耐疲劳性。弹性瓣和尾部部分C连结处， 由于形状和截面变化大，容易产生应力集中而断裂。所以要求与尾部一起进行热处理淬火硬度HRC40-45，以保持弹性。弹性涨套的材料一般最常用的是60Si2MnA，也有采用45钢或40Cr等材料。第二，锥度轴尺寸给定方式。锥度轴的外锥角大小是与弹性涨套的卡爪锥角相配合的，根据夹具的具体情况确定。对于此套工装的结构形式，锥度轴外锥角应取2a+1°，锥角2a取30°。
（三）施力装置的设计
通过旋转施力螺母，上下移动压缩弹簧，使弹簧变达到划线位置既施力300N，产生的力作用到齿轮，来达到施力目的。
三、工装结构示意图及使用说明
（一）工装结构示意图（见图1）
（二）工装使用说明
（1）先旋紧件13螺母将件1底板固定在机匣上；通过件8螺母旋将件10锥轴向上带动，锥面涨开件12弹性套，固定主动齿轮；（2）调整螺母件2，使上端与标记0线对齐。调整螺母件9，使垫圈件4下端与标记0线对齐，这就保证了两个弹簧都在自然不受力状态。（3）工作时，调整螺母件2使上端与标记300N（上）线对齐，实现对主动尺寸300N拉力。调整螺母件2使上端与标记300N（下）线对齐，实现对主动尺寸300N推力。
四、齿轮固定施力夹具注意事项
（1）弹性涨套是固定夹具的关键零件之一，制造精度必须符合图样要求，锥角部分应进行配磨和配研加工。（2）弹性涨套的弹性瓣应在整个弹性涨套加工合格后，再切开。并且要将开槽处的尖角毛刺去掉，各工作表面不得有各种杂质附着物。（3）夹具使用时，应先将涨套放入齿轮孔内，然后才能夹紧，以防止损坏弹性涨套的弹性卡爪。（4）夹具不使用时，弹性涨套应处于非工作状态。（5）弹性筒套经过长期使用磨损后，应及时更换，配上新的弹性涨套。
五、结语
攻克了齿轮固定施力夹具这一个难题，增加了我们的设计经验、提高了我们的设计能力，同时更增强了我们面对困难的信心。现如今航空工业飞速发展，齿轮副的安装标准要求越来越高，所需夹具结构仍需不断改进、完善，积累更多的经验，并推广，才能适应高科技时代发展的步伐。
参考文献
[1]夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，2013.
丝路视野2018年27期
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