Kugelmühlen-Getriebe

Detaillierte Einführung in Kugelmühlengetriebe und deren Herstellungs- und Prüfprozesse

I. Detaillierte Einführung in Kugelmühlengetriebe

• Hohe Tragfähigkeit: Kann dem Gesamtgewicht des Zylinders, der Mahlkörper und der Materialien (von Dutzenden bis Hunderten von Tonnen) standhalten und Stoßbelastungen standhalten (z. B. vorübergehende Überlastungen aufgrund ungleichmäßiger Zufuhr).

• Hohe Übertragungseffizienz: Im Allgemeinen ist ein Wirkungsgrad von ≥90 % erforderlich, um den Energieverlust zu minimieren.

• Hohe Zuverlässigkeit: Für langfristigen Dauerbetrieb ausgelegt, wobei empfindliche Teile (z. B. Zahnräder, Lager) eine der Kugelmühle entsprechende Lebensdauer aufweisen (typischerweise ≥10.000 Stunden ohne größere Überholungen).

• Gehäuse (gegossen oder geschweißt, tragende Innenteile);

• Getriebe (bestehend aus Antriebswellenrad, Zwischenwellenrad, Abtriebswellenrad, meist gepanzerte Stirnräder oder Kegelräder, deren Stufen sich nach dem Übersetzungsverhältnis richten);

• Wellen (Antriebswelle, Zwischenwelle, Abtriebswelle, üblicherweise aus 40Cr oder 42CrMo);

• Lager (meist Pendelrollenlager oder Kegelrollenlager, die radiale und axiale Belastungen aufnehmen);

• Dichtungen (Rahmenöldichtungen, O-Ringe usw., die Schmiermittellecks und das Eindringen von Staub verhindern);

• Schmiersystem (Ölsumpfschmierung oder Druckschmierung; große Getriebe können Ölpumpen und Kühler enthalten).

II. Herstellungsprozess von Kugelmühlengetrieben

(A) Gehäuseherstellungsprozess

(B) Zahnradbearbeitungsprozess (Gepanzerte Zylinderräder, z. B. 20CrMnTi)

1. Rohlingsvorbereitung:

• Schmieden: Gesenkschmieden (Schmiedezugabe 5–8 mm), gefolgt von Normalisieren (860–880 °C für 2 Stunden, Luftkühlung), um Schmiedespannungen zu beseitigen, mit kontrollierter Härte von 180–220 HBW.

• Prüfung: UT auf innere Defekte (keine Risse, Lunker), MT auf Oberflächendefekte.

2. Schruppbearbeitung:

• Drehen: CNC-Drehmaschinenbearbeitung des Außendurchmessers, der Endflächen und der Innenlöcher (mit 2–3 mm Schlichtzugabe), Sicherstellung einer Bezugsrechtwinkligkeit von ≤ 0,02 mm/100 mm.

3. Zahnrohlingbearbeitung:

• Wälzfräsen: Wälzfräsen von Zahnrädern zum Bearbeiten von Zahnprofilen (mit einer Schleifzugabe von 0,3–0,5 mm), mit einem kumulierten Teilungsfehler ≤ 0,1 mm und einem Spiralfehler ≤ 0,05 mm/100 mm.

• Anfasen: Entfernen von Graten an den Zahnenden, um Risse während der Wärmebehandlung zu vermeiden.

4. Wärmebehandlung:

• Aufkohlen und Abschrecken: Aufkohlen bei 920–940 °C (Einsatztiefe 1,2–2,0 mm, modulweise einstellbar), Abschrecken bei 850 °C (Ölkühlung) und Niedertemperaturtempern bei 200–220 °C. Oberflächenhärte 58–62 HRC, Kernhärte 30–45 HRC.

• Richten: Druckrichten bei Verformungen über der Toleranz (Radialschlag >0,1mm), Vermeidung von Stößen.

5. Fertigbearbeitung:

• Innen-/Außenschleifen: Schleifen von Innenlöchern oder Außenkreisen unter Verwendung von Zahnoberflächen als Bezugspunkte (oder speziellen Dornen) mit einer Rundheit ≤ 0,005 mm und einer Zylindrizität ≤ 0,01 mm/100 mm.

• Zahnradschleifen: CNC-Formschleifen oder Schneckenschleifen zum Erreichen einer Zahnprofilgenauigkeit GB/T 10095.1-2008 Grad 6, einer Spiralgenauigkeit Grad 6 und einer Oberflächenrauheit Ra ≤ 0,8 μm.

• Honen (optional): Bei Hochgeschwindigkeitszahnrädern wird die Oberflächenrauheit durch Honen auf Ra ≤ 0,4 μm reduziert und das Eingriffsgeräusch minimiert.

(C) Wellenbearbeitungsprozess (Abtriebswelle, beispielsweise 42CrMo)

1. Rohlingsvorbereitung:

• Schmieden: Freiformschmieden oder Gesenkschmieden (für Längen-Durchmesser-Verhältnis >5), gefolgt von Normalisieren (850–870 °C für 2 Stunden, Luftkühlung), um die Härte bei 180–220 HBW zu kontrollieren.

• Prüfung: UT auf innere Defekte, MT auf Oberflächendefekte.

2. Schruppbearbeitung:

• Drehen: CNC-Drehmaschinenbearbeitung von Stufen, Endflächen und Mittellöchern (mit 2–3 mm Schlichtzugabe).

3. Vergüten:

• Abschrecken bei 840–860 °C (Ölkühlung) und Anlassen bei 600–620 °C (Luftkühlung), mit einer Härte von 280–320 HBW. Mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit ≥ 900 MPa, Schlagzähigkeit ≥ 60 J/cm².

4. Halbfertigbearbeitung:

• Drehen: Fertigstellen der Drehschritte (mit 0,5–1 mm Schleifzugabe) und Gewindeschneiden (mit 0,1–0,2 mm Schleifzugabe).

• Fräsen: CNC-Fräsen von Keilnuten (Symmetrie ≤0,05mm, Tiefentoleranz ±0,05mm).

5. Fertigbearbeitung:

• Schleifen: Rundschleifen von Lager- und Zahnrad-Passflächen (Rundheit ≤0,003 mm, Zylindrizität ≤0,005 mm/100 mm, Oberflächenrauheit Ra ≤0,8 μm);

• Gewindeschleifen (für hochpräzise Gewinde): Sicherstellung einer Gewindegenauigkeit von 6 g und einer Oberflächenrauheit Ra ≤ 1,6 μm.

(D) Montageprozess

1. Teilereinigung und Vorbehandlung:

• Alle Teile werden mit Kerosin gereinigt (um Öl und Schmutz zu entfernen); Lager und Dichtungen werden mit speziellen Mitteln gereinigt, getrocknet und mit Rostschutzöl beschichtet;

• Prüfen der Teilepassungen (z. B. Presspassung H7/k6 bei Lagern und Wellen, Spielpassung H7/g6).

2. Wellenmontage:

• Einpressen von Lagern: Erhitzen Sie die Lager zum Einpressen auf die Zapfen auf 80–100 °C und vermeiden Sie dabei Hämmern.

• Zahnrad-Wellen-Montage: Presspassungen werden durch Warmpassung (Zahnräder auf 120–150 °C erhitzt) oder Kaltpassung (Wellen mit flüssigem Stickstoff gekühlt) hergestellt. Nach der Montage ist die Koaxialität zu prüfen (Radialschlag ≤ 0,02 mm).

3. Gehäusemontage:

• Einbau von Wellenkomponenten: Einbau der Eingangs-, Zwischen- und Ausgangswellenbaugruppen in das untere Gehäuse. Einstellen der Lagersitzpositionen mit Messuhren, um die Wellenparallelität sicherzustellen (≤ 0,03 mm/1000 mm).

• Zahneingriffseinstellung: Überprüfung des Zahnflankenspiels (0,15–0,3 mm bei Zahnrädern der Güteklasse 6) mit Fühlerlehren oder durch Andrücken der Führungen und der Tragbilder (≥ 60 % der Zahnhöhe, ≥ 70 % der Zahnlänge) mit Markierungspaste. Optimierung des Zahneingriffs durch Anpassung der Passscheibendicke.

4. Gehäuse schließen und befestigen:

• Dichtmittel (z. B. Loctite 510) auf die Verbindungsfläche des unteren Gehäuses auftragen und dann das obere Gehäuse schließen. Schrauben gleichmäßig (diagonal, 2–3 Schritte) mit dem angegebenen Drehmoment anziehen (z. B. 350–400 N·m für M20-Schrauben).

• Gehäusepassung prüfen (0,05 mm Fühlerlehre darf nicht eindringen).

5. Zubehörinstallation:

• Einbau von Dichtungen (Rahmen-Öldichtungslippen zeigen nach innen, 0,1–0,2 mm Interferenz mit den Wellen);

• Einbau von Schmiersystemen (Ölstandsanzeiger, Entlüfter, Ablassschrauben). Bei großen Getrieben kommen Ölpumpen, Filter und Kühler hinzu.

6. Leerlauf-Testlauf:

• Einfüllen von Getriebeöl (z. B. L-CKD 220 Hochdruck-Industriegetriebeöl) bis zur Mittellinie der Ölstandsanzeige. Leerlaufbetrieb für 2 Stunden bei 1,2-facher Betriebsdrehzahl;

• Überwachung: Keine ungewöhnlichen Geräusche (≤ 85 dB), Anstieg der Lagertemperatur ≤ 40 °C (Umgebungstemperatur + 40 °C), keine Leckage.

III. Getriebeinspektionsprozess

(A) Rohstoffprüfung

• Materialzertifizierung: Überprüfung der Werkszertifikate (chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften), z. B. 20CrMnTi, das 1,0–1,3 % Cr und 0,8–1,1 % Mn erfordert;

• Physikalische und chemische Prüfungen: Probenahme für chemische Analysen (direkt ablesbares Spektrometer) und Tests mechanischer Eigenschaften (Zug- und Schlagprüfmaschinen);

• Inspektion: 100 % UT für Schmiedeteile (JB/T 5000.15-2007 Klasse II) und MT für kritische Gussoberflächen (keine Risse oder Poren).

(B) In-Prozess-Inspektion (Schlüsselknoten)

1. Wohnungsinspektion:

• Gussgehäuse: Maßprüfungen (CMM, kritische Lochpositionstoleranz ≤0,05 mm), Oberflächenqualität (keine Sandlöcher oder Schrumpfung) und Druckprüfung (0,3 MPa für 30 Min., keine Leckage);

• Geschweißte Gehäuse: UT/MT für Schweißnähte (JB/T 5000.3-2007 Klasse II) und Verformung nach dem Schweißen (Ebenheit ≤0,05 mm/100 mm).

2. Getriebeinspektion:

• Nachwärmebehandlung: Oberflächenhärte (58–62 HRC, Rockwell-Tester), Einsatztiefe (1,2–2,0 mm, metallografische Methode), Kernhärte (30–45 HRC);

• Nachbearbeitung: Zahnprofilgenauigkeit (Zahnradmesszentrum, Klasse 6), Helixgenauigkeit (Klasse 6), kumulativer Teilungsfehler (≤0,05 mm) und Oberflächenrauheit (Ra≤0,8 μm, Profilometer).

3. Schachtinspektion:

• Nach der Wärmebehandlung: Härte (280–320 HBW, Brinell-Tester) und Gleichmäßigkeit der vergüteten Schicht;

• Nachbearbeitung: Rundheit des Zapfens (≤ 0,003 mm, Rundheitsmessgerät), Zylindrizität (≤ 0,005 mm/100 mm) und Symmetrie der Keilnut (≤ 0,03 mm, Messuhr + V-Block).

(C) Endkontrolle des Produkts

1. Aussehen und Abmessungen:

• Lackqualität (keine Läufer oder Abblätterungen, Dicke 60–80 μm, Schichtdickenmessgerät) und klare Markierungen (Modell, Verhältnis, Gewicht);

• Einbaumaße (Antriebs-/Abtriebswellenmittenhöhe, Flanschzapfendurchmesser, KMG-geprüft, Toleranz ±0,1mm).

2. Leistungstests:

• Wirkungsgrad: Berechnet über Drehmomentsensoren (≥90%);

• Vibration: Vibrationsgeschwindigkeit ≤ 1,1 mm/s (GB/T 6404.2-2005, Vibrationsmesser);

• Leerlauftest: 2 Stunden laufen, Überwachung der Lagertemperatur (≤ 80 °C, Infrarotthermometer), des Lärms (≤ 85 dB, Schallpegelmesser) und der Leckage;

• Belastungstest: Stufenbelastung bei 25 %, 50 %, 75 %, 100 % Nennleistung (1 h pro Stufe), bei 100 % Belastung läuft es 4 h lang;

• Überlasttest: 125 % Nennlast für 1 Minute, Überprüfung auf plastische Verformung in Zahnrädern und Lagern.

3. Endkontrolle vor der Verpackung:

• Ölrückstände reinigen, Rostschutzöl einfüllen, Zubehör (Handbücher, Zertifikate, Ersatzteillisten) prüfen und auf wetterfeste/stoßfeste Verpackung achten.