【內容摘要】通過對國內、外礦用汽車發動機動力輸出PTO裝置（以下簡稱PTO裝置）的研究，詳細介紹了PTO裝置的構成和工作原理。同時將本人長期從事礦用汽車養、用、管、修的實踐經驗，融入PTO裝置制造的全過程。對生產出可靠性高、使用壽命長的優質PTO裝置起到了重要的作用。結合長期的養、用、管、修、造五位一體的實踐經驗，詳細的論述了PTO裝置在制造和安裝中的注意事項，使國內同行從中獲益，不走和少走我們曾走過的彎路。在工作中，有很好的借鑒和參考價值。
【關鍵詞】PTO裝置的組成工作原理及作用制造及安裝中的注意事項
Researchingandmanufacturingabouttheenginepowertake-offofminingtrucks
HebeiHuiMachineEquipmentCo.,Ltdyangzhongsheng
【Abstract】Idefinethestructureandprincipleabouttheenginepowertake-off(hereaftercalledPTO)afterresearchingthemonlargenumbersofminingtrucksdomesticandoverseas.Meanwhile,Iputmyexperiencesonmaintain,using,managementandrepairoftrucksintothewholePTOmanufacturingprocess.ThisisimportantforproductionofhighreliabilityandlonglifePTO.Withthereferencetoexperiencesthatintegratedmaintain,using,repair,managementandmanufactureIdiscussthemattersneedattentionduringPTOproductionandinstallationindetails.Domesticcraftbrothercanbenefitfromitandavoidorfewtouchthedetoursthatwehaveevertracked.Itisreferencedandlearnableinwork.
【Keywords】structureofPTO；serviceprinciple；mattersneedattentionduringPTOproductionandinstallation
發動機動力輸出PTO裝置（以下簡稱PTO）是現代礦用汽車十分重要的傳遞動力裝置，隨著礦用汽車的快速發展，對PTO的需求也隨之增長。我單位為了適應市場的需要，在充分消化吸收進口PTO的基礎上，成功的開發和生產了PTO，先后從設計、制造、安裝到使用維修的全過程，進行了深入系統的研究和分析，為生產出高質量的PTO，奠定了堅實的基礎。
現將這一過程總結成《礦用汽車發動機動力輸出PTO裝置的研究與制造》一文，并將此文奉獻給國內礦用汽車的設計、使用、維修單位的同行，以供工作中參考。
一、PTO的組成及其工作原理
1．PTO的組成，見圖1、表1所示。
圖1發動機動力輸出PTO裝置分解圖
表1PTO裝置的組成一覽表
2．PTO的工作原理，見圖2所示。
圖2發動機動力輸出PTO裝置工作原理圖
連接盤小端的止口和PTO止口相配，連接盤大端的止口和飛輪殼的止口相配，通過安裝螺釘分別將PTO緊固在連接盤和飛輪殼上。彈性聯軸器分別由外圈和內圈組成，外圈通過螺釘固定在發動機的飛輪上。內圈上的止口和法蘭盤的止口相配，并通過螺釘將法蘭盤緊固在內圈上。外圈和內圈之間由彈性元件——優質合成橡膠制成的膠圈，用壓力機將其壓入其內，通過足夠的摩擦力將外圈和內圈連成一體。法蘭盤內花鍵和PTO驅動軸外花鍵相連接，只要發動機在運轉，彈性聯軸器就隨著飛輪的轉動而轉動，發動機的動力首先經過彈性元件的作用和傳遞，再到PTO驅動軸將動力輸出。在發動機和PTO之間，通過彈性聯軸器的彈性元件變成了彈性連接。利用彈性元件的彈性變形來補償軸向、徑向、角向不同程度的偏斜和位移，傳遞發動機的動力和轉矩，同時對發動機的扭震具有較高的阻尼減震和緩沖作用，改善了傳動系統的工作性能。
3．PTO的作用：
?。?）實現動力輸出，見圖2所示
發動機的動力由PTO的驅動軸輸出。
?。?）實現動力分動，見圖2所示。
PTO內兩個從動齒輪與主動齒輪相嚙合，通過兩個從動齒輪的內花鍵分別和油泵的外花鍵軸相配，隨著從動齒輪的轉動帶動油泵工作，實現動力分動。
?。?）實現彈性連接，改善傳動系統的工作性能。
通過彈性元件的變形，來補償兩軸的偏斜和位移，傳遞發動機的動力和轉矩，同時彈性元件具有較高的緩沖和減震能力,實現彈性連接，改善傳動系統的工作性能。
二、PTO殼體的加工及注意事項
?。ㄒ唬㏄TO殼體的加工工藝：
1.PTO的技術要求
?、貾TO表面應平整，不允許有銹蝕、粘砂、多肉及澆冒口等痕跡缺陷。
?、赑TO上共有三個軸線和兩個必須確保的中心距，PTO座止口和驅動軸軸承孔的同軸度不大于φ0.025；同一軸線上各孔的同軸度不大于φ0.025；另外兩個軸線對PTO座止口的不平行度不大于0.04；油泵安裝平面的垂直度不大于0.04。
?、蹫榇_?？紫低S，PTO座與蓋打入定位銷后鏜孔。
2．PTO蓋的加工工藝
鑄造毛坯→徹底清砂→人工時效去應力→鉗（劃線）→用專用工裝在銑床上按劃線找正，在銑床上分別銑PTO蓋上的上、中、下三個平面→平面磨磨PTO蓋上的上、中、下三個平面至尺寸要求→鉆蓋上有關孔。
3．PTO座的加工工藝
鑄造毛坯→徹底清砂→人工時效去應力→鉗（劃線）→半精車，車止口和止口端面及內孔→在銑床上，利用專用工裝和PTO座止口相配定心，止口端面相配軸向定位，裝夾固定，銑PTO座的上平面。→平面磨：用專用工裝磨PTO座的上平面至尺寸要求→鉆座上各有關孔分別攻絲、鉸孔至要求。
4．PTO蓋和座組裝后的粗、精鏜孔工藝
在數控立銑上，利用專用工裝通過工裝上的止口和PTO座止口相配定心，止口端面相配軸向定位，通過打入二個錐銷，將PTO蓋固定在PTO座上，然后安裝螺釘進行緊固，分別按要求粗、精鏜各孔至尺寸要求。
?。ǘ㏄TO殼體加工中的注意事項：
1．與軸承外圈相配內孔的加工
PTO殼體內共有三根軸線上的六個軸承孔需要加工，其配合性質和孔的加工尺寸非常關鍵。按K6過渡配合設計和加工時，當軸承外徑為Φ120時，其公差為：Φ120+0.004-0.018。若按這一公差加工，將導致軸承跑外圈的機率大增。根據我們的實踐經驗，對過渡配合的原公差作了相應的技術處理，即Φ1200-0.02。顯著地增大了過渡配合中的過盈配合率。對軸承的正常使用沒有任何影響。這樣一來，由于有足夠的緊固力度，可有效的防止軸承跑外圈的弊端，在生產實踐中取得了很好的使用效果。
2.與唇形油封外圓相配內孔的加工
為了確保唇形油封的外圓在安裝后有足夠的緊固力度，對相配內孔的加工公差一般要求選用H級，不得大于H8。根據我單位的經驗：內孔公稱尺寸的加工公差按H6～H7為宜；內孔表面粗糙度為Ra1.6～3.2；內孔的表面硬度無要求。
3．與唇形油封外圓相配內孔孔口導入倒角的加工
在PTO殼體上，為了便于唇形油封的裝配，與唇形油封外圓相配的內孔孔口應加工有導入的倒角。在倒角表面上，不允許有毛刺、飛邊，孔口倒角的表面粗糙度為Ra=（1.6～3.2），孔口導入倒角的加工要求見表2所示。
表2孔口導入倒角（mm）
4．加工后對PTO殼體的清洗
PTO殼體全部加工完畢之后，清洗工作十分重要，尤其是對PTO座上的盲螺紋孔的清洗一定要徹底，以免留下鐵屑和沙粒及污垢等，污染油質，留下后患。
三、驅動軸的加工及注意事項
?。ㄒ唬寗虞S的加工
1.驅動軸的三種加工工藝簡介
(1)驅動軸是典型的花鍵軸類零件，可用以下三種工藝加工：
?、儆玫吞嫉秃辖痄摶虻吞几吆辖痄摷庸?，經滲碳淬火+低溫回火而成，最后通過磨削花鍵來消除熱處理變形。
?、谟弥刑蓟蛑刑嫉秃辖痄摷庸?，經整體淬火+低溫回火而成，最后通過磨削花鍵來消除熱處理變形。
?、塾弥刑蓟蛑刑嫉秃辖痄摷庸?，采用高、中頻感應淬火+低溫回火而成。
(2)三種工藝的對比分析：
?、訇P于驅動軸的滲碳淬火
主要因滲碳淬火硬化層較淺，滿足不了驅動軸工作上的要求。其次，驅動軸的一端是1：8的錐齒根漸開線外花鍵，其根徑在花鍵磨削中無法加工，因而無法通過機加工消除熱處理的變形，這一工藝在應用中已不多見。
?、陉P于驅動軸的整體淬火
驅動軸是典型的受彎曲和扭轉為主的軸類零件，其表面應力最大，向心部逐漸減小，到心部為零。由于驅動軸整體淬火時形成的硬化層和對驅動軸的強化要求以及受力狀況不一致。因此，沒有必要進行整體淬火，目前這一工藝在國內外行業中已很少應用。
?、坳P于驅動軸的高、中頻淬火
a、采用高頻淬火，由于硬化層過淺，齒根處沒有淬硬，過渡層的拉應力與該處的應力集中疊加在一起，導致發生嚴重的裂紋。如硬化層終止在退刀槽處，由于同樣的原因會導致早期疲勞斷裂。
b、驅動軸經中頻淬火后，由于硬化層深，不但能顯著提高疲勞強度，而且沒有氧化和脫碳等缺陷，同時又因工件心部還處于低溫狀態，強度較高，因此熱處理變形大為減少。經中頻感應淬火的驅動軸不需要磨花鍵就可以滿足使用上的要求。
目前國內、外對花鍵軸類的加工，中頻感應淬火的工藝已經得到了日益廣泛的應用，并且隨著技術進步逐漸成為主導工藝。
2.驅動軸的加工工藝
鍛造毛坯→正火→粗車→預備熱處理（調質）→半精車→滾花鍵→中頻淬火+低溫回火→磨軸承位外圓→修銼毛刺、飛邊→檢驗入庫。
3.對驅動軸工況的分析
?、衮寗虞S在工作中，通過軸的旋轉主要承受彎曲疲勞和傳遞扭矩。因此應具有高的抗彎曲、扭轉和疲勞強度，以及足夠的沖擊韌性、塑性和耐磨性。
?、隍寗虞S是典型的受彎曲和扭轉為主的軸類零件，其表面應力最大，向心部逐漸減小，到心部為零。
?。ǘ寗虞S中頻淬火中的注意事項：
1.驅動軸全長上的淬火要求在一次中頻淬火中完成
驅動軸表面由3段外花鍵組成，只允許一次中頻淬火而成，以防止產生軟帶出現斷軸的惡性事故。
2.硬化層深度的要求
驅動軸的靜扭強度還與硬化層的深度有關，硬化層越深，則靜扭強度越大。在感應表面淬火中，由于中頻感應淬火淬硬層較深，所以對驅動軸來說，以中頻感應淬火為佳。
淬硬層的深度可按驅動軸直徑的10%～20%計算，當軸的直徑大于40（mm）時，硬化層的深度可取軸直徑的10%；當軸的直徑小時，就按軸直徑的20%計算。（這一計算方法同時適用于花鍵軸類的硬化層計算）
3.硬化層分布的要求：
驅動軸硬化層的分布不僅對疲勞強度有影響，對彎曲扭轉強度也有很大的影響。因此對驅動軸全長要求在一次中頻淬火之中完成。硬化層必須有足夠大的深度，硬化層應連成一個整體，形成一個完整的均勻分布的硬化層，不允許出現硬化層中斷。為了得到均勻分布的硬化層，最好的辦法是在中頻感應淬火中，要求實現驅動軸旋轉，并實行連續感應加熱表面淬火，驅動軸邊旋轉，感應器邊上升。
4.對中頻感應設備和感應器的要求
要求中頻感應淬火機床轉動平穩，感應器制造精確。驅動軸與感應器保持良好的同心度（感應器上升平穩）。
在采用連續感應加熱表面淬火時，為獲得較深的硬化層，最好選用2.5～3千赫的中頻設備。
?。ㄈ寗虞S軸承位的加工
為了防止軸承內圈與軸運轉時產生相對滑動，必須選擇正確的安裝配合。軸與內圈一般采用適當的緊配合，是防止軸與內圈相對滑動的最簡單的而有效的方法，用適當的緊配合可使軸承內圈在運轉時受力均勻，使軸承的承載能力得到充分的發揮。但是軸承的配合又不能太緊，因內圈的彈性膨脹和外圈的收縮，而使軸承內部游隙減小以至完全消除，從而影響正常運轉。
根據我單位的經驗，驅動軸軸承位外徑尺寸按m5的要求加工。當軸承內徑的公稱尺寸為Φ55時，其公差為Φ55+0.024+0.011，經實踐驗證，效果比較理想。
四、主、從動齒輪的加工及注意事項
?。ㄒ唬┲?、從動齒輪的加工
1.主、從動齒輪的技術要求：
?、賂EREX原版圖中規定,內花鍵齒面和齒輪齒面滲碳淬火硬化層深1.0～1.4（成品滲層深度）。
?、趦然ㄦI齒面和齒輪齒面的表面硬度為58～62HRC。
?、埤X輪齒部的心部硬度當材料為20CrNiMoA時33～38HRC。當材料為20Cr2Ni4A時38～45HRC。
?、芷渌笤斠姌藴蕡D。
2.主、從動齒輪的加工工藝：
鍛造毛坯→等溫正火→粗車→預備熱處理（調質）→半精車→拉內花鍵→以錐度花鍵心軸和拉后內花鍵孔相配，雙頂心軸→半精車齒輪各相關表面→滾齒→鉗（熱前倒棱）→滲碳淬火+低溫回火→強化噴丸→磨（基準孔和基準端面）→磨齒→鉗（倒棱）→質檢，入庫。
3.對主、從動齒輪內花鍵的工況分析
內花鍵傳遞扭矩的同時，還要承受一定的沖擊和振動，內外花鍵在結合中鍵側壁還存在摩擦和磨損。因此內花鍵具有足夠的強度和硬度，才能滿足工作時的需要。
(二)主、從動齒輪滲碳淬火中的注意事項
1.問題的提出：
主、從動齒輪在滲碳淬火中內花鍵孔的畸變——產生橢圓和錐度是我單位在質量上存在的主要問題。既影響生產效率和成本，又影響齒輪的精度和強度。一直以來，內花鍵的畸變是國內齒輪行業所關注的技術難題和通病之一。
2.對主、從動齒輪內花鍵在熱處理中的畸變分析
?、賰然ㄦI結構上不對稱也是導致產生畸變的主要原因之一
內花鍵熱處理畸變與熱處理前的精度對稱度和剛度有直接的關系，精度越高，對稱度越高，熱處理畸變越小。通常對稱度高的內花鍵加熱和冷卻過程及組織轉變的過程中，熱傳遞和組織轉變對稱度高，產生的熱應力和組織應力分布對稱度也高，所導致的畸變也??；另一方面對稱度高的結構抵抗內應力畸變的能力也強。
?、诮Y構上內花鍵壁厚不一，也是導致畸變的主要原因之一。
?、圩冃螣o規律，變形量多少不一。
內花鍵在檢測M值時發現，橢圓和錐度上變形大?？偟内厔轁B碳淬火后，M值和熱前孔相比縮小最為多見，但每一爐的變形量多少不一，呈現無規律狀態。
?、芨鶕覇挝坏纳a實踐，主動齒輪由于內花鍵結構上處于對稱狀態，因此其變形比從動齒輪要小。
3.減少內花鍵孔熱處理后畸變的工藝措施：
?。?）減少內應力，從而減少內花鍵畸變的工藝原則：
?、俑淖兗訜岷屠鋮s工藝，盡量保證在熱處理過程中，加熱和冷卻速度緩慢，齒輪表面溫度及其變化率均勻。
?、诟倪M加熱和冷卻工藝，盡量減少齒輪的內外溫度梯度。
?、蹨p少熱處理過程的次數。
?、芨倪M鍛造工藝，保證鍛造加工時齒輪各表面塑性變形量和變形速度均勻。
?、莞倪M裝夾和切削工藝，減少夾緊力和切削力。
?。?）提高齒輪的剛性，減少變形的工藝原則：
?、俅旨庸ず桶刖庸るA段采用心軸裝夾。
?、诰庸げ捎酶呔刃妮S裝夾。
?、蹪B碳及其后續熱處理工藝改為空心心軸，提高剛度。
?、芴岣啐X輪關鍵表面的加工精度。
?。?）滲碳中應控制齒輪加熱時的溫差
滲碳加熱不容忽視，采取合理裝夾、加熱時采用預熱、階梯升溫方式，以盡量減小齒輪各部位加熱時的溫差。
?。?）淬火中盡可能控制齒輪冷卻均勻
淬火是影響變形的主要環節，采取合適的夾具，合理的裝夾擺放，根據結構形狀，采用平衡補償塊、墊圈等；冷卻介質盡量用熱油，盡可能的使齒輪各部冷卻均勻。
?。ㄈ┯猛频断驕p小熱后主、從動齒輪內花鍵畸變的工藝方法
對熱處理后的變形量小于0.1(mm)的內花鍵，根據我單位的經驗，用推刀通過壓力機上加壓進行切削，可減少或消除部分變形的方法簡單、易行、效果明顯。
五、傳動叉頭的加工及注意事項
1.與唇形油封內孔相配的傳動叉頭軸頸的加工
傳動叉頭軸頸的加工公差一般要求選用h級，不得大于h11級；根據我單位的經驗：軸頸公稱尺寸的加工公差按h7～h8為宜。軸頸表面粗糙度為Ra0.2～0.8。
2.傳動叉頭軸端導入倒角的加工
與唇形油封配合的傳動叉頭的軸端導入倒角的加工，倒角上不應有毛刺，尖角和粗糙的機加工痕跡。以免劃傷唇形油封上的主、副唇邊。表面粗糙度Ra=（0.2～0.63），軸端導入倒角的加工要求見表3所示。
表3軸端導入倒角（mm）
注:①若軸端采用倒圓倒入導角，則倒圓的圓角半徑不小于表中的d1-d2之值。
3.對傳動叉頭上與唇形油封配合面的硬度要求：
由于在運行過程中，唇形油封不停地在傳動叉頭上與其相配的表面上擦移，唇形油封與傳動叉頭配合面的硬度低，則不耐磨。根據國內、外的先進經驗和推薦值，該硬度要求在30～50HRC為宜。
六、在PTO制造中對關鍵配套件的選擇與優化措施
?。ㄒ唬﹃P鍵配套件的選擇
PTO的最終制造質量，不僅取決于加工件的質量，同時也取決于配套件的質量，如軸承、唇形油封等的質量。因此，對配套件如何把關進行篩選，是一項十分重要的工作。
1.軸承的選擇
選擇進口、純正、國際知名品牌的SKF軸承，經實踐驗證，選用SKF軸承的實際效果、經濟效益收效顯著。
2.唇形油封的選擇
選用進口、純正、國際知名品牌的SKF徑向軸用密封。選CP或CR徑向軸用密封。
P——聚丙烯酸酯膠
R——丁腈橡膠
P比R的適用性更好。
經實踐驗證，在密封可靠性方面贏得了用戶的信賴和好評。
3.潤滑油的選擇
選美孚HD80W/90潤滑油，其各項技術指標能滿足PTO工況的需要，經實踐驗證，使用效果比較理想。
?。ǘ┰诒ＷC潤滑油油質純凈度方面進行的優化措施
由于PTO齒輪和軸承的潤滑是靠飛濺潤滑，所以油質的純凈度至關重要。為了確保油質的純凈度，我們先后采取了以下優化措施：
?、俸粑鞲臑橛袨V網的C型空氣濾清器，可有效的防止在長期工作中，灰塵砂?；烊攵廴居唾|。
?、诜庞陀投赂臑榇判杂投?，在工作中一旦有毛刺、飛邊等金屬顆粒脫落混入油中，則可吸附在磁性油堵上，不在參加循環潤滑，保證了油質的純凈度。
通過優化措施的落實，潤滑油油質純凈度得到了有效的控制，對軸承的正常潤滑發揮了應有的作用。
七、安裝中的技術要求及注意事項：
?。ㄒ唬┌惭b中的技術要求
1.PTO各齒輪應轉動靈活、運轉平穩，不得有竄動、沖擊異常噪聲和阻滯現象。
2.PTO滿載時的噪聲值不得大于85dB（A）。
3.PTO潤滑油不得有滲漏現象。
4.PTO與發動機連接螺栓的強度等級不得低于8.8級。
5.PTO在正常裝配、使用和保養的條件下，首次大修期的壽命應不低于5000小時。
?。ǘ┌惭b中的注意事項
1.唇形油封的安裝。
由于唇形油封的安裝不當引起泄漏過大，破壞密封效果屢見不鮮，足以可見安裝的重要性。
?、侔惭b前對唇形油封應檢查其規格、型號、配合尺寸，檢查主、副唇上有無碰壞、變形、裂紋等現象，合格后方可投入使用。
?、跈z查傳動叉頭上與唇形油封相配合的軸頸表面以及導入倒角的表面上有無毛刺、溝痕及碰傷等。如發現有毛刺及碰傷，應及時修平打光，然后用汽油清洗，不允許有灰塵、鐵屑等雜質粘附在零件的表面上。裝配前，在傳動叉頭配合面上，涂適量潔凈的機械油，以便裝配。
?、蹤z查驅動軸的軸向竄動量和徑向跳動量是否符合制造及安裝精度要求，以防止唇形油封內孔偏磨。
?、馨惭b與裝配過程中應保持清潔，保證主、副唇上不被劃傷碰壞。不允許用工具敲打唇形油封。
?、莶灰貌桓蓛舻牟蓟蛎藜喦逑创叫斡头?，應用干凈而柔軟的紗布或脫脂棉之類的東西擦洗。
?、拊诖叫斡头庋刂?、副唇的圓周上涂上10號機械油或透平油，以便裝配。
2.滾動軸承的安裝。
?、俅_保作業場地以及所用的設備工具，擦拭和潤滑材料，軸承本身及相配零件的清潔。
?、谟捎赟KF軸承出廠前涂有防護油脂，安裝前不要清洗軸承。防護油脂在投入運行后，能充分和潤滑油融為一體，并參與正常的潤滑，沒有任何負面的影響。同時在沒有投入運行前，在庫房存放期間，由于防護油脂的作用，仍有可靠的防護作用。因此，對用戶的使用非常方便。
?、圯S承安裝前，應對軸承及相配件進行仔細檢查，發現問題及時排除，否則不能安裝。
?、茌S承安裝時，應根據軸承的配合性質，合理選擇裝配方式：冷裝或熱裝。
?、莅惭b軸承時，應盡量使用壓力機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。
?、薨惭b軸承時，安裝壓力應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生凹痕，引起軸承的早期損壞。
?、甙惭b軸承時必須仔細進行，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。
?、啻_保軸承的安裝精度。要嚴格按照技術條件的要求，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，安裝后應進行檢查和調整
3．PTO座和蓋之間密封墊圈的安裝。
該密封墊采用航空墊子材料加工而成，在PTO座和蓋兩平面之間起密封作用。安裝時用密封膠分別涂在PTO座和蓋兩個平面上，要求在涂膠時盡量做到膠層厚薄均勻一致，沿兩平面的寬度上均勻涂膠。避免在結合面有局部無密封膠的現象。
4．所有緊固螺栓應按規定的力矩，用力矩扳手上緊，其標準詳見表4所示。
《螺栓擰緊力矩標準》
表4
表4（續）
參考資料
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北京機械工業出版社2010年1月
2.《密封設計與實用數據速查》崔建昆編著
北京機械工業出版社2010年9月
3.AllisonTransmissions（維修手冊）
PrintedinU.S.A
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5.《齒輪材料和熱處理》陳國民主編
鄭州機械研究所2009年5月
6.《美國卡特彼勒公司CATERPILLARIE標準匯編》
機械工業部天津工程機械研究所主編1997年6月