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      雙圓弧齒輪在刮板輸送機中的應用

      時間:2017-10-17 9:27:00   來源:本網   添加人:admin

        雙圓弧齒輪在刮板輸送機中的應用(太原理工大學齒輪研宄所,山西太原030024)王鐵武寶林召P家輝用于煤礦刮板輸送機的新型減速器的設計過程及新設計的改進。

        1緒言雙圓弧齒輪傳動具有承載能力大,使用壽命長的特點。在負載相同及加工工藝相同的情況下,雙圓弧齒輪傳動的尺寸和重量均可比漸開線齒輪傳動降低,使用壽命延長,其承載能力在同等情況下比漸開線齒輪傳動高一倍以上,且加工成本低,可創造較大的經濟效益,是我國傳動界解決高速和重載齒輪傳動的一項重要手段。

        但軟齒面、中硬齒面雙圓弧齒輪己不適應于某些高性能傳動的要求,在有沖擊、負荷重的煤礦機械傳動和其它工程機械,如礦山、石油機械等也面臨延長使用壽命的迫切問題。隨著珩、研、刮等新加工技術的出現,硬齒面雙圓弧齒輪的加工己趨于成熟,其應用是必然趨勢。

        目前我國煤炭工業中使用的各種減速器大多為以前蘇聯產品搞的類比產品設計,其結構有許多不合理之處,體積大,壽命短。為了促進我國煤炭工業的發展,提高經濟效益,我們設計了新型的煤礦刮板輸送機的錐-柱三級減速器,用于替代當前煤礦中廣泛使用的漸開線齒輪傳動的錐-柱三級減速器。為了減小體積,降低成本,提高減速器的傳動質量和使用壽命,根據我國國情,我們選取雙圓弧齒形作為替代漸開線齒形的新型傳動齒形。從應用推廣考慮,我們選擇了在當前大、中型煤礦中均廣泛使用的SGW150刮板輸送機的減速器作為換代設計對象。

        2齒形設計雙圓弧齒輪的齒形由四段圓弧組成,四段圓弧的圓心位置和圓弧半徑可以靈活設計。這樣在實際應用中可以針對具體的應用工況設計出滿足應用要求的雙圓弧齒輪的齒形。

        煤礦中使用的減速器因其工作條件惡劣,潤滑不良,使用單位均要求采用硬齒面齒輪傳動,以加其抗磨性。我國廣泛使用的GB1275991(型雙圓弧齒輪傳動,其全齒高系數為2熱處理后變形較大,故其適用于不進行齒形精加工的軟齒面或中硬齒面的齒輪傳動,其承載能力接近于硬齒面漸開線齒輪傳動。

        根據煤礦的使用要求,我們設計的新型減速器為硬齒面雙圓弧齒輪傳動。齒形選擇時,分別從強度、抗磨損和彈流潤滑方面著手分析,經多種方案的分析驗證,分別采用了邵家輝教授提出的FSH―73型短齒雙圓弧齒形和FSPH―79型超短齒硬齒面雙圓弧齒形作為圓錐和圓柱齒輪的齒形。FSPH―79型超短齒硬齒面雙圓弧齒輪的全齒高系數僅為1. 45,齒高低,齒根厚,熱處理后輪齒變形較小,有利于輪齒的正常接觸。

        這種齒輪在熱處理后只需經過適當研磨跑合(不磨齒,不刮齒)就可直接使用。其在某冶金廠的一臺軋機齒輪機座上的使用壽命己超過漸開線齒輪十倍以上。在弧齒錐齒輪的設計中,由于弧齒錐齒輪采用等高齒,考慮到大端和小端的齒高與齒厚應有合理的比值,故采用全齒高系數為1.8的FSH―73型短齒雙圓弧齒形。該齒形己在我所進行過弧齒錐齒輪的運行試驗,試驗證明這種齒形的性能良好,可保證弧齒錐齒輪的傳動強度。

        3齒輪參數設計SGW―150刮板輸送機的原減速器的傳動比為24.4376為了使新減速器的設計不影響與其配套的刮板輸送機的工作性能,故要求新設計的減速器的傳動比為24.4376±1%由于減速器軸承承載能力的限制,其中心距的要求為a2>230mm,a3>設計壽命要求通過1500h的臺架試驗(同等漸開線齒輪減速器的設計壽命要求通過1 000h的臺架試驗),體積要求不大于原來的減速器。原減速器的齒輪參數見表1.表1原SGW―150減速器的參數漠數m/mm齒數中心距/mm螺旋角八°)齒寬/mm第一級第二級第三級根據上述要求,進行齒輪參數的優選設計。為了能保證齒輪傳動副的使用壽命,并減小減速器的體積,首先減小模數。經多次反復計算確定錐齒輪的中點法向模數取m= 6第二級和第三級斜齒輪的法向模數分別為m=6、m=8.由于模數改變,第三級由直齒輪改為斜齒輪,故齒數、螺旋角及中心距必須進行變動。原第一級錐齒輪是薄弱環節,故我們將第一級的齒數及螺旋角保持不變,中點錐距和齒寬有少許變動,使第一級錐齒輪有較高的強度。

        為了使尺寸減少到最低限度,取第二級和第三級的中心距分別為要求的下限,即a2=230mm,a3=260,根據模數、中心距及傳動比的要求,經多次試算后提出螺旋角的2種選取方案,第1種方案,即高速級P2 =17.7917°,低速級心=17.475按此方案齒寬較小,可使總體積減小,但最后一級的軸向力較大。為了使軸承壽命提高,我們選取了第2種方案,即高速級不變,口2=17.7919低速級取3=14.25按此方案,末級的軸向力減小20%,但低速級的齒寬有所加。當螺旋角方案選定之后,又選出齒寬的兩種方案,第一種方案輪齒較寬,但保證最少三點接觸,其應力較小,有利于潤滑油膜的形成,安全系數均為2以上;第二種方案,輪齒較窄,保證最少二點接觸,可減少減速器的體積,但應力較大,安全系數出現2以下的情況。經統籌考慮,決定在低速級采用第一方案,在高速級采用第二方案,使兩級圓柱齒輪的安全系數均在2以上。最后選定的齒輪參數見表2.表2新型SGW―150減速器的參數模數齒數中心距/mm螺旋角八°)齒寬/mm第一級第二級第三級=24.35033,比原傳動比24.4376降低了0.357%符合設計要求。

        在設計中我們從煤礦機械的工作特點出發,考慮到煤礦減速機的彎曲強度為首先要求保證的項目其次才是抗磨損性和接觸強度。通過對上述參數進行的強度校核計算可看到我們設計的雙圓弧齒輪副的接觸與彎曲的強度均有所較大的提高,表3為兩種減速表3安全系數的對比第- -級第二級第三級漸開線齒輪接觸彎曲雙圓弧齒輪接觸彎曲器的接觸與彎曲強度的安全系數對比表。由表3可知,新的設計方案均達到或超過了原設計指標。

        4減速器箱體的改進由于齒形和齒輪參數的變動,新設計減速器箱體的結構尺寸得以減小,其總體積比原設計減少了9%.另外從潤滑的角度出發,考慮減速器的透氣與散熱,以及目前煤礦采用的潤滑油粘度較高,為使減速器的潤滑效果更好,我們將透氣孔改進并加大,使箱體內的氣壓降低,從而有利于潤滑和防漏。

        為了在安裝時軸承容易調整,以保證接觸區域,將軸承安裝處作了改進,這樣可使工人易于調整軸承以控制接觸情況。

        考慮到目前礦用減速器的泄漏較為嚴重,對其軸頭密封和結合面的密封加以改進,首先將軸頭處的軸向迷宮密封改為徑向迷宮密封,這樣不僅可減少泄漏并可減少減速器箱體尺寸。在結合面處,我們將密封效果不好的密封膠改為7903耐油密封潤滑脂,這種密封潤滑脂具有良好的耐油性能,適用于裝配密封面的靜密封和低速下滑動、轉動密封面的動密封,其使用效果很好。

        5熱處理工藝的改進現在礦用減速器的齒輪的齒面大都采用滲碳處理,這種方法雖然工藝比較簡單但它的熱處理溫度較高,達920Q熱處理后輪齒變形較大,而礦用減速器齒輪大多均不進行磨齒,這樣,雖然齒面硬了,但齒輪副的接觸情況不好,反而影響了齒輪副的傳動質量和使用壽命。為了減少熱處理變形并降低生產成本我們決定采用一種熱處理新工藝一一決速碳氮共滲;它僅需2個多小時就可完成碳氮共滲,而普通的碳處理約需要8~9個h.這種新工藝的熱處理溫度較低,為780C~840Q既可減少熱處理的變形,又可保證硬化層的深度,同時減少了加工過程的能源消耗。試驗齒輪的硬化層深度大于1.05mm,硬度達60HRC~63HRC,熱處理變形很小,不需要磨齒或剃齒或刮齒。

        6試驗結果我們與煤科院太原分院聯合設計,在山西煤礦機械廠制造的75kW刮板輸送機的圓弧齒輪減速器(材料為30CiMnTi和20QMnTi),按照“刮板輸送機用減速器試驗規范MT101 85”的要求,在國家刮板輸送機質量監督檢驗測試中心進行了型式試驗。經過1500h的耐久試驗,3對齒輪副和齒輪箱的主要零部g件均正常完好助達到了刮板輸送機用減速器試驗要求。

        角變位行星齒輪幾何尺寸的計算(芙蓉礦務局機電設備總廠,四川珙縣644501)張祖恒析找出了正確的計算方法。

        行星齒輪傳動具有體積小、重量輕、承載能力大及效率高等優點,并廣泛應用于各個行業。雖然我國己生產有標準的行星齒輪減速器,但還是不能滿足實際使用的需要,有時往往需根據實際情況進行設計。行星齒輪傳動的設計包括多項內容,其中零件幾何尺寸的計算是必不可少的。我們在設計、測繪行星齒輪傳動的過程中,經常發現角變位行星齒輪傳動中行星輪幾何尺寸的計算有幾種方法,其結果卻不一樣。

        641頁例題為例,計算過程如下:己知NGW型行星傳動(如),模數m=4中心輪齒數za= 33,內齒圈齒數zb= 85,實際中心距a=103mm,試計算行星輪幾何尺寸。

        1A―C傳動行星輪幾何參數與尺寸的計算未變位時中心距為中心距變動系數為嚙合角NGW.;型行星傳動簡圖總變位系數為此值在手冊111間,有利于提高齒輪接觸強度及彎曲強度,故可用。

        試驗期間,在額定負荷下,機械效率為0. 945(正反向)(漸開線齒輪減速器為0.920),正向旋轉的綜合噪聲為89.dB(A),反向旋轉的綜合噪聲為90.0dB(A),試驗減速器在反向運轉時的平衡油溫為79.7 C,正向運轉時的平衡油溫為94.2°C. 500h型式試驗后,繼續進行了試驗,運行21⑴h后在第二級發現一個斷齒后終止試驗。這樣,我們的雙圓弧齒輪減速器在尺寸比同樣的漸開線齒輪減速器減少近十分之一的情況下,其使用壽命卻延長一倍以上。

        該項目得到了煤炭部組織的專家的好評,認為硬齒面短齒弧齒錐齒輪和超短齒硬齒面圓柱齒輪的設計和應用達到了國際先進水平。

        7結束語一條新的途徑,這種傳動型式及制造工藝可以推廣到各類礦用減速器中,它不但可用于各種刮板輸送機,而且還可應用到各種皮帶輸送或其他傳輸裝置的減速器中。

        由于在煤炭生產中,各種減速器的失效嚴重的影響著煤炭生產與輸送的正常運行,而提高減速器的使用壽命,可提高煤炭生產的經濟效益。這種新型礦用減速器的應用成功,還為圓弧齒輪在煤炭機械中的應用開辟了一個新的應用領域,它將對我國煤炭工業的發展做出新的貢獻。

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