开式齿轮装置（精选6篇）
开式齿轮装置 篇1
摘要：磨机作为矿山行业、水泥行业的关键设备, 其维护保养的好坏直接影响企业的经济效益, 而作为传动部分的大型开式齿轮传动装置更是维护保养的重中之重。本文主要针对磨机大型开式齿轮的润滑、开式齿轮的失效型式及维护保养进行探讨。
关键词：开式齿轮,磨料磨损,维护保养
新近安装的磨机, 一般配有喷射润滑装置对开式齿轮的啮合面进行喷雾润滑, 企业也会制定严格的开式齿轮维护保养制度, 以保证这一关键部位的良好运行。
1 开式齿轮的润滑特点
顾名思义, 开式齿轮是在一个非密闭空间传动, 容易遭受外界杂物的侵入。但其结构相对简单、易于加工, 在相对开放的空间里易于散热, 并且适用于低速重载荷。开式齿轮的润滑至关重要, 磨机的开式齿轮润滑为全损耗润滑, 良好的润滑不但能形成良好油膜, 而且油脂的流动可以清除混入齿面的杂物。开式齿轮没有储油槽, 从经济角度考虑, 也不可能持续的喷射润滑, 故要求润滑油脂必须具备较高的粘稠度和粘附性, 以确保啮合面有一层连续的油膜。通常直径4米以下的磨机开式齿轮润滑选用的CKC-680开式齿轮油, 如果磨机较大或工作环境温度过高就要选择粘稠度和抗磨性更大的润滑脂。一般新投入使用的开式齿轮需要的润滑油脂较多, 要求喷射间隔周期短、喷射时间长, 运行一段时间后, 根据啮合面的情况适当调整, 最终确定一个经济有效的喷射间隔和喷射时间。
2 大型开式齿轮常见的几种损伤形式
大型开式齿轮常见的损伤形式有磨损、擦伤、胶合、点蚀、剥落、塑性变形等。
其中, 磨损又分为正常磨损、磨料磨损和过度磨损。磨损贯穿于齿轮的整个生命周期, 尤以早期最为明显。由于加工精度的影响, 粗糙的加工痕迹会在齿轮运转的早期阶段逐渐消失, 使齿面呈现光亮状态, 也就是常说的跑合磨损。这种磨损的好坏直接影响齿轮的寿命。现场常采用勤观察、勤调整、增大喷射润滑脂量的办法提高跑和磨损的效果。
其它损伤大多是因为齿轮载荷过大、润滑剂极压性能不足、齿面温度过高或缺乏足够的润滑油脂等造成的。
下列图片显示了各种开式齿轮的损伤图貌。
3 大型开式齿轮的维护保养
3.1 大型开式齿轮的润滑
(1) 大型开式齿轮必须选用合理的润滑油, 并且润滑油喷射到齿轮形成均匀的油膜, 能起到减振防磨的作用。在运转的过程中, 间隔两个小时定期检查齿轮表面的温度。在齿轮的表面左侧、右侧、中间分别选取三点位置进行温度检测, 检验润滑效果是否达到齿轮的要求, 同时可以从侧面反应大小齿轮中心线的平行度。
(2) 如果有齿轮干油喷射润滑, 必须在检修的时清理喷嘴, 确保喷嘴没有堵塞。每年定期将润滑喷雾系统进行清洗, 防止一些杂质异物混入润滑油中造成磨料磨损。在检查润滑系统过程中, 检验喷嘴的角度, 是否喷射到齿轮的啮合面, 同时检验喷嘴是否喷洒均匀, 建议使用挡板放在喷嘴的喷射面前, 检查是否喷洒均匀。
(3) 大型开式齿轮周围必须清理干净泥沙等一些可能进入开式齿轮中的异物, 防止对齿轮造成磨损或者卡死开式齿轮。
(4) 大型开式齿轮在运转中必须进行齿轮齿面的温度检查和油膜情况的检查, 要求齿面温度不超过70℃, 齿面温差不超过8℃, 油膜良好, 无偏载过载等现象发生, 同时认真监测齿轮表面油膜碳化的情况。
3.2 大型开式齿轮的技术检测
(1) 大型开式齿轮的径跳、端跳的检查把齿轮按照圆周方向等分若干份 (分的越多越精确) , 依次按照图示的要求在大齿轮的轮缘侧面打上标记, 用百分表在校准区域打表找正径向跳动、端面跳动, 并且将百分表固定在刚性基座上。然后缓慢的旋转大齿轮, 记录好每点的数据, 旋转一周后百分表指针应回零, 误差不超过0.05mm。将记录的数据比照说明书的安装要求进行理论分析, 确定是否需要对大齿轮进行调整。如果需要进行调整则按照测得的数据进行调整, 调整后再次进行径跳和端跳的检测, 直到达到设计要求为止。
(2) 使用塞尺将大型开式齿轮的结合面进行间隙的检查, 依旧将圆周等分若干等份 (分的越多越精确) , 检测结合面间隙是否达到要求, 理论要求结合面间隙0.05mm不能塞入。如果不能达到要求, 则必须进行螺栓紧固等工作。
(3) 如果大型开式齿轮是分瓣安装的, 必须检查分瓣对装面的结合面间隙和分瓣齿轮的错位数值, 通常要求沿齿宽方向结合面间隙在0.05mm不得塞入, 分瓣齿轮的错位数值小于0.07mm。如果超过这个数值必须进行调整。
(4) 大型开式齿轮必须进行大小齿轮齿侧间隙的检查, 按照圆周方向等分若干等份, 每一处位置在齿轮的左侧、中间、右侧分别进行压铅, 检查齿轮侧间隙的情况, 检验是否符合要求, 如果不符合安装要求则进行相应的调整。
(5) 清理小齿轮的齿面, 在小齿轮涂一层薄薄的红丹粉, 然后慢慢转动齿轮, 检查在齿宽方向和齿高方向啮合长度是否符合要求。如果不符合要求则进行相关的调整。
4 结论
大型开式齿轮使用寿命的长短, 很大程度上决定于三个方面。一是齿轮采用的材质和加工工艺、加工精度, 这在零部件出厂前已经确定, 是先天因素。二是开式齿轮的安装精度, 这一因素至关重要, 笔者在多年的实践工作中, 接触多次因安装精度不达标导致的设备事故。三是良好的运行维护保养, 主要包括润滑油品的选用, 采用的润滑方式能否形成良好油膜。
对于广大用户来讲, 若要保证第一方面的因素, 就不能在采购设备时贪图便宜, 必须到大型正规单位进行采购, 开式齿轮的质量才能有保证。另外两个因素就和用户有直接的关系了, 但只要把好设备安装质量关, 使用过程中制定并执行严格的润滑保养制度、点检制度、维修制度, 定期对开式齿轮调整, 就一定能用好设备。
大型开式齿轮润滑理念 篇2
1 概述
开式齿轮是工业中管磨、转窑等大型回转设备驱动装置最常用的传动方式，它的主要优势是设计简单、成本低。开式齿轮面临苛刻运行工况：低速、重载、齿面粗糙度较高、啮合齿面上存在局部过载和过强的摩擦力，直接暴露于周边环境，灰尘、杂质、水等外部介质容易到达啮合齿面。因此必须合理选用润滑产品，在齿面生成保护层，以达到如下效果：
(1)对齿面进行可靠润滑，降低运行时轮齿表面温度和小齿轮支撑轴承振动值;
(2)保证设备的安全运行，提高开机率;
(3)避免齿面出现损伤，如轮齿断裂、点蚀、胶和、材料剥离、擦伤等;
(4)延长齿轮寿命;
(5)延长设备维护周期，降低维护费用(材料、零部件更换和人力成本);
(6)符合环保要求，保护现场环境。
此外，表面光滑度对齿轮的运行至关重要，新齿轮由于生产工艺的局限，具有一定的表面粗糙度和表面不平整度，因此可能会突然出现磨痕而很快损坏。专门的磨合润滑剂能使齿面光滑，增加表面接触比例。
开式齿轮在运输、安装、慢转调试、快转调试、带负荷磨合、带负荷正常运转等阶段中，分别处于不同的工作状态和工作环境，对齿轮的润滑也就提出了不同的要求，因此正确的润滑理念对开式齿轮使用的状况和寿命有很大的影响。
开式齿轮润滑应该遵循的润滑理念见图1。
2 涂底和预处理润滑剂
涂底和预处理润滑剂一般用于新制齿轮的运输、安装、调试、慢转等阶段;在使用涂底和预处理润滑剂时，首先彻底清洁小齿轮、大齿圈，去除灰尘、油垢等杂质，然后在齿轮处于静止状态时，手工使用刷子或抹刀将一定数量的润滑剂涂抹到大齿圈和小齿轮的所有齿面上，工作齿面上润滑剂的厚度要求约为1.5mm，非工作面只需涂一薄层以防锈蚀，所需的润滑剂数量取决于齿轮的分度圆直径和宽度。此润滑剂不适用于油池润滑、循环润滑系统、自动喷洒系统。
涂底和预处理润滑剂一般有四个作用：
(1)用来防止齿轮在投入运转之前的运输、安装过程中发生锈蚀;一般开式齿轮用于大型转动设备之上，在正式投入使用之前需要很长的时间进行运输和安装，在这个过程中无法避免与水分等接触，使用涂底和预处理润滑剂就可以防止齿轮在这个阶段发生锈蚀。
(2)避免齿轮装配、调试、慢转过程中因干摩擦而造成齿面损伤;开式齿轮在装配过程中无法避免发生磕碰和摩擦，在调试过程中需要慢转调整，而这时一般润滑系统都没有正常工作，使用涂底和预处理润滑剂就可以在这一阶段起到一定的润滑作用，从而保护齿面。
(3)用于润滑剂在齿轮啮合后在齿面上形成的不同形状初步确定载荷分布情况和齿面接触情况，此功能可以帮助校正传动部件。
在齿轮的啮合过程中，含有大量精制天然石墨的润滑剂会在承载面上留下灰色的印迹，从而可以观察到齿轮的接触情况。如图2所示。
a、小齿轮晃动时造成的载荷分布图，检查小齿轮支撑。
b、大齿圈摇晃时造成的载荷分布图，检查大齿圈支撑、安装。
c、载荷集中在齿轮边缘造成的载荷分布图，双轴不平行，校正小齿轮。
d、齿轮某一区域在制造、热处理过程中存在缺陷造成的载荷分布图。
e、小齿轮两端翘起造成的载荷分布图，检查小齿轮支撑。
f、大齿圈的两半分别翘起一定角度造成的载荷分布图。检查连接件和大齿圈的安装元件。
g、大齿圈的一半翘起一定角度造成的载荷分布图。检查大齿圈的安装元件。
h、大齿圈径向安装偏差造成的载荷分布图，两半承受的负载强弱不同。
i、大齿圈两端的齿面缺陷造成的载荷分布图，这是由于两端密封件过热摩擦产生的。改善密封件润滑状态。
防止喷洒系统投入使用的初期不能在啮合齿面间形成有效的润滑油膜，而出现润滑不足。
3 磨合润滑剂
磨合润滑剂一般用于新制、翻面齿轮的初期运转阶段磨合和已损伤齿面修复后的重新磨合。可以用于油池润滑，也可以使用自动喷洒系统将适量的润滑剂喷洒到齿面上。
新制齿轮由于受机加工能力和制造成本的限制，其几何尺寸误差较大，齿轮表面比较粗糙，即使是在齿轮副具有足够安装精度的条件下，其啮合齿面的接触比例最多只有50%～60%。这就意味着在设备的运转过程中，局部齿面存在载荷集中的隐患，会导致齿面不可避免的出现先期损伤(如细微裂纹、轻度擦伤等)，为避免先期损伤持续扩展成为早期点蚀、擦伤，必须采用专用磨合润滑剂以达到消除因载荷集中产生的细微裂纹、轻度擦伤等先期损伤，防止损伤恶化和快速提高齿面的接触比例以消除载荷集中现象的目的。而已损伤或修复后的齿面，啮合齿面的接触比例通常较低，也就同样载荷集中的现象，因此也需通过磨合润滑剂来提高齿轮啮合时的接触面积。齿轮接触面图迹实际效果见图3。
一般磨合润滑剂可以达到以下作用：
(1)快速降低表面粗糙度;
(2)快速提高齿面接触比例，增加齿面负载面积;
(3)消除齿面因应力集中形成的微细裂纹、擦痕，防止早期点蚀和其它损伤的产生;
(4)作为修复润滑剂对已损伤齿面进行在线、动态、修复，以慢速提高齿面接触比例。
在使用磨合润滑剂250小时后，对新齿轮(模数m=25)齿面的表面粗糙度进行对比可知，Rt值从磨合前的44μm降低到磨合后的6.8μm，齿面的磨合效果显著，见图4所示。齿轮磨合实际效果见图5。
4 操作润滑剂
操作润滑剂一般用于磨机、转窑类等设备在全负荷工况下齿轮副的润滑。可以用于油池润滑，也可以使用自动喷洒系统将适量的润滑剂喷洒到齿面上。
根据开式齿轮低速、重载的工况，操作润滑剂一般具有以下特性：
(1)良好的抗磨损性→可最大限度地保护齿面，防止齿面受损;
(2)经济性→用量少，成本低;
(3)环保性→符合环境要求;
(4)良好的粘附性能→保障持久的润滑能力;
(5)强劲的承载能力→在极压条件下仍能形成完整的润滑油膜;
(6)安全性→当喷洒系统故障，固体添加剂能够起到紧急润滑作用;
(7)方便性→可直接从B型磨合润滑剂转换为操作润滑油，设备无需停机，不需清洗喷洒系统和齿轮。
5 结束语
开式齿轮作为工业中管磨、转窑等大型回转设备驱动装置最常用的传动方式，为了避免运转初期就产生严重的损伤，延长齿轮使用寿命，只有坚持“涂底—磨合—操作润滑”理论，安装调试期间对大小齿面进行涂底;润滑初期使用专用磨合润滑剂对齿面进行磨合;最后再换上操作润滑剂进行正常的操作润滑。
摘要：开式齿轮是工业中管磨、转窑等大型回转设备驱动装置最常用的传动方式, 开式齿轮通常面临恶劣的运行工况, 故合理选用润滑产品至关重要。根据“涂底—磨合—操作润滑”理论, 对涂底和预处理润滑剂、磨合润滑剂、操作润滑剂进行合理选择和使用, 以延长齿轮使用寿命。
开式齿轮齿形误差数据特点分析 篇3
如图1所示, 为某风电开式齿轮磨齿加工, 齿轮参数Mn=20 mm, Z=14, α=20°, β=0°。齿部齿向修形如图2所示[1,2]。在距a端131.25 mm齿向未修形处检测齿形误差。误差曲线如图3, 齿廓总偏差Fα=5.5μm, 齿廓倾斜偏差fHα=3.9μm。
在距a端20 mm齿向修形处检测齿形误差, 误差曲线如图4, 齿廓总偏差Fα=58.6μm, 齿廓倾斜偏差fHα=57.2μm, 齿廓偏差主要来源于齿廓倾斜偏差fHα, 在此为双面磨削。
为什么在两个位置检测的齿廓总偏差Fα和齿廓倾斜偏差fHα相差这么大?本文就此进行原因分析, 寻找其中的变化规律。
1 产生原因
成型磨齿时的磨削深度不一样, 在距a端131.25 mm齿向未修形处实际检测Wk=158.26 (跨棒距Md=342.72, dp=φ35) , 在距a端20 mm齿向修形处检测Wk=158.06 (跨棒距Md=342.34, dp=φ35) , 跨棒距差值ΔMd=0.38, 跨帮距测量原理如图5所示。
可以理解为分度圆产生了半径差Δr=0.190。则基圆产生了半径差Δrb=0.19cos20°=0.178。
2 寻找变化规律
图6为齿形误差曲线图, 在确定了齿形测量范围 (A、B) 之后, 在此范围内作两条平行线分别与齿形误差曲线的上下两个最高点相切, 平行线之间的纵坐标距离即为齿形误差Fα。齿形误差Fα由齿形倾斜误差fHα和形状误差ffα两部分组成。
根据渐开线形成原理, 可得方程式:L=rbψ=mzψcosα/2。
对上式全微分并取增量形式, 可得:
式中:L为渐开线展开长度;ψ为渐开线展开角度;ΔL为展开长度的变化量, 即齿形误差;rb为基圆半径;α为齿轮分度圆压力角。
由式 (1) 的前一项可知, 当仅有基圆半径误差Δrb时, 齿形误差曲线应为一条与横坐标有夹角的直线, 该直线的斜率即为基圆半径误差:
由式 (3) 可得:
联立式 (1) 、式 (2) 可得:
3 计算验证
在距a端131.25 mm处, 分度圆直径MnZ=20×14=280mm, 半径r1=140 mm, 渐开线上该点的压力角为α1=20°。基圆半径rb=r1cos20°=131.557。
在距a端20 mm处, 半径r1=140 mm已变为r2=140-0.19=139.81 mm。此点对应的压力角α2, cosα2=rb/r2=131.557/139.81=0.941, α2=19.785°, Δα=α1-α2=20°-19.785°=0.215°。
将上述已知数据代入式 (5) 计算得:
Δα=-1/tan20× (0.178/139.81) =3.7174×10-3rad=0.213°。
从以上结果, 得出两者是相符的。
利用公式fHα=Δrb·ψAB计算fHα。Lα为齿廓测量计值范围, mm, Lα的确定, 渐开线终止圆半径为ra=159 mm, 齿轮齿顶圆半径为169 mm, 基圆半径rb=131.557 mm, 起始圆半径r1=136.88 mm。则齿廓测量计值范围
将Lα转换为展开角得:
计算得:fHα=Δrb·ψAB=0.178×0.391=69.0μm。
实际测量结果, 采用双面磨削时, fHα=57.2μm。理论计算与实际测量基本相符。
采用单面磨削时, 在距a端20 mm齿向修形处检测齿形误差, 误差曲线如图7, 齿廓总偏差Fα=43.1μm, 齿廓倾斜偏差fHα=40.8μm。
4 结论
1) 齿部公法线尺寸的测量和齿形误差的测量, 要在齿向修形交界点也即齿向未修形处 (图2中距a端131.25 mm处) 检测。
2) 根据成型砂轮 (铣齿时为成型铣刀盘) 偏离的径向进刀深度 (刀具设计或设置的跨棒距值与实际跨棒距值差值的一半) 可以大致推算出基圆半径误差Δrb、压力角误差Δα和齿廓倾斜偏差fHα。
3) 采用单面磨削与双面磨削相比, 由于齿向修形引起的齿形误差要略小一些。
参考文献
[1]季旭, 耿雪, 王斌武.齿轮修形方法[J].煤矿机械, 2000 (5) :25-26.
开式齿轮装置 篇4
一、开式齿轮常见失效形式
1. 齿面磨损
齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。齿面磨损种类较多, 主要是磨粒磨损 (图1) 。
(1) 产生原因。研磨材料 (如砂粒、铁屑等硬质颗粒) 进入开式齿轮的啮合工作面。在啮合的工作齿面做相对滑动时, 研磨材料使得齿面材料损伤、脱落, 造成磨粒磨损。齿轮在废润滑剂和研磨材料的混合物中运行。
(2) 危害。降低了齿轮强度。过度磨损使齿厚变薄, 容易引起轮齿折断。造成载荷分布不均, 导致齿面局部承载过高。啮合不平稳, 振动升高。齿面磨损破坏正确齿廓形状, 严重影响传动性能和传动平稳性。降低齿轮服务寿命。
(3) 解决方案。提高齿面硬度, 以减少轮齿磨损。对于重要齿轮传动应采用闭式齿轮传动, 确保润滑, 注意润滑油的清洁和更换。对于开式齿轮传动。尽量做好密封防护, 避免或减少磨粒进入齿轮工作面;采用短间隔的喷洒润滑或循环润滑, 也可较好解决油池润滑时混在润滑剂里的颗粒杂质被齿轮带起, 形成循环污染, 加速齿面磨损的问题;选用磨耗比较低的高粘度润滑油。
2. 轮齿折断
轮齿折断主要分为疲劳折断和过载突然折断, 前者是最主要的失效形式。
(1) 产生原因。大、小齿轮找正偏差过大, 齿面严重偏载。齿轮受到剧烈的冲击载荷作用。齿面过度磨损和损伤。轮齿承受的作用载荷超过了齿轮的抗弯强度。
(2) 危害。在齿轮啮合传动中发生断齿等灾难性故障。停机停产。需要准备新齿轮。
(3) 改进方案。安装、维护时做好开式齿轮副大小齿轮的找正, 调整好齿轮齿顶隙和齿侧隙, 使齿面上载荷沿齿宽方向均匀分布, 避免齿面局部过载或偏载。使用过程中尽可能避免或减少过载、严重冲击载荷等。在齿轮设计、加工方面, 提高轮齿抗折断能力。增加齿根过渡圆角半径并消除该处加工刀痕, 以降低应力集中;增大轴及支持刚度, 以减小齿面上局部受载程度;使齿芯材料具有足够韧性, 在齿根处施加适当强化措施 (如喷丸等) 。
3. 齿面点蚀
齿面点蚀是齿面材料在交变接触应力条件下, 由于疲劳而产生麻点状剥蚀损伤现象。齿面上最初出现点蚀仅为针尖大小的麻点, 随着应力循环次数的增加, 麻点逐渐扩大, 特别是润滑油的渗入, 受压挤胀, 加速麻点扩展, 导致齿面材料脱落而形成凹坑。
(1) 产生原因。采用喷洒润滑的方式时, 喷嘴间距不合理。由于齿顶和齿根部的过度磨损, 使得齿面节圆线附近凸出, 造成节圆线附近局部超载。
(2) 危害。永久地损失了接触面积。点蚀部位成为潜在的疲劳裂纹形成区域。具有潜在的轮齿折断风险。点蚀持续恶化。
(3) 改进方案。设备运行初期。进行良好磨合等措施, 提高齿面抗疲劳损伤能力。润滑方面。调整好喷洒距离, 使润滑剂均匀覆盖齿面;保证充足良好润滑状态, 尽量采用黏度高的润滑油。对已产生点蚀的部位, 进行机械打磨, 圆滑止裂处理, 避免点蚀扩展。齿轮设计方面, 选择高强度齿轮材料;提高齿面硬度;选择合适参数 (如增加齿数以增加重合度) ;降低表面粗糙度。
4. 齿面胶合 (图2)
对于高速重载齿轮传动, 齿面间压力大, 摩擦力较大, 瞬时温度高, 使啮合区温度过高, 一旦润滑条件不良, 齿面间油膜便会消失, 相啮合的两齿面就会发生局部金属直接接触, 出现相互粘结在一起的现象, 同时两齿面又做相对滑动, 致使较硬金属齿面将较软金属齿面表层沿滑动方向撕划出沟槽, 即称为胶合。齿轮传动中, 齿面上瞬时温度越高、滑动系数愈大的地方, 愈易发生胶合, 齿轮顶部最为明显。
(1) 产生原因。齿面长期未润滑。超载或齿面温度过高, 造成润滑油膜破裂。在润滑剂和磨料污染物的混合物中运行。选用了不合适的润滑剂。
(2) 危害。减少了齿面接触面积。齿面局部超载。齿轮振动升高。齿面胶合损伤持续恶化。
(2) 改进方案。设计加工方面。提高齿面硬度和降低表面粗糙度值;选择抗胶合能力强的齿轮副材料;选择合适的齿轮参数 (如适当减小模数, 增加齿数) 。润滑方面。采用抗胶合好的润滑油, 保持润滑剂的清洁。使齿轮得到有效散热, 降低齿面工作温度。
5. 齿面塑性变形 (图3)
当轮齿材料较软, 载荷及摩擦力又很大时, 齿轮在啮合过程中, 齿面表层材料就容易沿着摩擦力方向产生塑性变形。在主动轮工作齿面节线附件形成凹沟, 从动轮工作齿面上形成凸脊。材料较软的齿轮, 受过大的冲击载荷作用时, 还会使整个轮齿产生塑性变形而呈现扭曲。
(1) 产生原因。齿轮表面接触应力超过了材料的屈服强度。选用的润滑剂不合适或润滑不充分。
(2) 危害。齿面润滑膜不均匀。齿面磨损。齿轮振动增加。齿面塑性变形持续恶化。
(3) 改进方案。提高齿面硬度。采用适合、黏度较高的润滑油, 保持齿轮润滑充分。
针对不同的齿轮失效形式, 维护修理时要具体问题具体分析, 查找原因, 然后再选择经济适用的修复方法, 以及制定相适应的保养规范。
二、在线强制磨合修复应用实例
某台Φ4.6×6.1 m矿山球磨机2009年投运后, 更换两次开式齿轮副中的小齿轮, 由于两个小齿轮发生轮齿折断、胶合等严重损伤, 备件和维修费用较高。设备使用期间, 虽经多次调整、打磨、重新找正, 实际效果不理想, 经常停机, 严重影响生产。
1. 开齿检查及评估
2012年对该球磨机开式齿轮运行状况进行了动态检查。
(1) 发现小齿轮左侧 (非驱动端) 齿面上2个轮齿局部折断, 齿面有明显胶合损伤 (图4) 。
(2) 观察小齿轮齿面热成像图 (图5) , 齿面中部偏左区域温度较高, 检查润滑剂喷洒情况, 喷洒均匀。分析认为齿面载荷分布不均, 齿面中部偏左区域载荷较高。大齿轮动态照片见图6。
(3) 结合图7、图8, 进行设备检测, 数据见表1。
根据上述情况, 齿面局部接触过高, 轮齿局部折断、胶合损伤严重, 造成齿面实际接触面积过低, 这种情况若不改善, 会导致高载荷区域疲劳损伤, 而且现有损伤可能进一步扩展。
2. 解决方案
常规处理方法:对大、小齿轮齿面进行大面积人工打磨, 增加接触面积, 停机维修时间长。更换新的小齿轮, 检查齿面接触情况, 若齿面接触不均匀, 则需要打磨。备件费用较高, 停机维修时间较长。更换新的小齿轮, 大齿轮倒面使用, 或大小齿轮同时更换。备件费用很高, 停机维修时间也很长。
为不影响生产, 降低生产成本, 考虑在不停机情况下修复齿轮。该球磨机开式齿轮问题, 符合福斯润滑油公司在线强制修复技术的适用范围。在线强制修复时, 球磨机正常载荷生产, 修复剂动态削除齿面接触高点、改善接触, 使载荷分布更均匀, 且成本低, 维修时间短。
在线强制磨合修复基本原理见图9, 修复前, 齿面表面粗糙度较高, 存在局部高接触区域, 造成齿面实际承载面积较低;在线强制磨合修复后, 齿面接触面积明显增加。经过研讨, 最终确定采用在线强制磨合修复此开式齿轮副。
3. 修复实施
(1) 准备工作。3 kg (1.5 kg/桶) RE-CONDITIONER TS 111修复剂。1桶 (190 kg/桶) CEPLATTYN RN磨合润滑剂。30L680齿轮油。0.4~0.6 MPa压缩空气源。1台电动搅拌器及相应电源。1个洁净的15 L空桶。1台专用喷洒泵。
(2) 在线强制磨合修复 (图10) 。 (1) 首先将3 kg修复剂、7.5L磨合润滑剂、30L680齿轮油搅拌调和。 (2) 修复液的喷洒施工作业。在磨机正常运行下, 从齿轮罩的检修口, 用喷洒泵将修复液喷洒到齿轮工作齿面上。根据实时监测齿面状况、齿面温度和小齿轮振动, 严格控制喷洒量及喷洒位置。首先, 修复液喷洒量分配是90%修复液喷洒到大齿圈, 10%修复液喷洒到小齿轮;第一轮喷洒, 每次喷洒间隔时间是5 min, 每次喷洒量为大齿圈转2周, 沿整个齿宽均匀喷洒。连续做4次间隔5 min的喷洒, 期间检查齿面状况、齿面温度及小齿轮振动, 后续完成每次喷洒后, 均需检测、分析这些数据, 调整喷洒;接着, 间隔1h, 再喷洒。每次间隔15 min。调整每次喷洒量为大齿圈转2周, 在大、小齿轮从左侧非驱动端到驱动端的3/4齿宽上均匀喷洒。连续做5次间隔15 min的喷洒;然后, 间隔2 h, 再做喷洒, 每次间隔30 min, 每次喷洒量为大齿圈转2周, 大小齿轮从左侧非驱动端到驱动端的3/4齿宽上均匀喷洒。连续做5次间隔30 min的喷洒。检测齿面状况、齿面温度及小齿轮振动情况, 齿面温度分布在逐渐均布。修复时间为2个工作日;24h内进行动态检测。
(3) 修复中齿面状况。小齿轮动态照片见图11, 修复中, 修复剂缓慢削平齿面上的高接触区域, 接触逐渐改善。
(4) 修复后的齿面状况。齿轮动态照片见图12, 修复后小齿轮齿面温度分布较均匀 (图13) , 齿面温差在1℃以内 (原为6℃) , 表明齿面接触情况已得到较好改善, 载荷分布已较均匀, 齿面承载面积大幅度提高, 齿面变得平滑。
三、修复效果及后续维护
该开式齿轮副经过在线强制磨合修复后, 效果良好, 修复前后的部分检测数据见表2、表3。目前为止, 两年多时间, 该球磨机开式齿轮齿面状况保持稳定, 球磨机平稳、高效运行。后续润滑剂使用顺序:修复后, 使用CEPLATTYN RN磨合润滑剂1周左右, 润滑剂喷洒间隔时间缩短一半, 进一步改善齿面接触情况和平滑齿面。然后使用操作润滑剂进行操作润滑, 为使齿轮得到良好润滑保护, 操作润滑剂换为高粘度的CEPLATTYN SF 30开式齿轮润滑剂, 并恢复原喷洒间隔时间。
℃
摘要：开式齿轮几种常见失效形式, 结合具体实例, 阐述在线强制磨合修复大型开式齿轮的方法, 给出修复效果以及后续维护措施。
关键词：大型开式齿轮,失效形式,在线修复,效果
参考文献
[1] 褚瑞卿.建材通用机械与设备.武汉:武汉工业大学出版社, 1995
[2] 张莹.机械设计基础.北京:机械工业出版社, 1997
开式齿轮装置 篇5
齿形磨损是齿轮传动中常见的不可避免的故障并由此产生冲击和振动[1]。回转窑等转筒设备采用渐开线圆柱齿轮边缘传动, 其传动齿轮多年使用磨损后都要进行配件更换或配对制造, 缺乏原有齿轮的技术资料, 或者因为其他原因无法购置原制造商的配件, 就必须进行实地测绘, 为改造提供准确的加工数据。
齿轮改造中往往由于测算数据不准确, 造成复制的齿轮齿形误差大, 使用中存在振动大、磨损快、使用寿命短的问题[2], 或者由于测算数据不准确导致安装难度大或无法安装。测绘的目的是恢复原设计制造的准确数据, 为复制或优化设计改造提供第一手可靠资料。磨损齿轮的数据测算不同于原始齿轮的测量, 由于齿轮齿面被磨损、齿顶宽度变窄或变尖, 因而测算基础条件受到限制, 参数测算难度较大。现将设计制造安装维修实践中积累的测算方法进行介绍, 为齿轮数据实地测算提供可靠的理论依据和帮助。
1 测算范围
1.1 需要测算的数据
1) 齿形参数。齿顶圆直径da、模数m、齿数z、压力角α、螺旋角β、变位系数x和齿轮精度等级和齿厚偏差是齿轮设计制造不可缺少的数据。齿根圆直径df虽然是滚齿加工自然形成的, 但与齿形相关, 可以通过df的测算推导其他齿形参数。
2) 安装尺寸。中心距a是保证大小齿轮相对位置的重要尺寸, 也是验证或确定齿形参数的重要依据, 必须准确测量;筒体法兰外径、螺栓孔直径和螺栓孔的位置尺寸是安装必不可少的数据。
1.2 压力角判定范围
回转窑和回转烘干机齿轮压力角αn为20°;管磨机齿轮的压力角α一般为20°, 极少数为25°, 因此管磨机齿轮基于两种压力角判定。
1.3 模数判定范围
回转窑等转筒设备传动齿轮模数一般都是基于标准模数[3]选用, 偶尔也会选用非标整数模数。一般为14、16、18、20、22、24、25、26、28、30、32、33、36、38、40、45、50, 因此基于上述模数判定。
1.4 变位系数判定范围
回转窑等转筒设备齿轮变位系数x1在 (0~1) 范围内, x2在 (0~2.8) 范围内。其中压力角为25°的齿轮0≤x1≤0.35 (因为x1>0.35时不能生成齿形) 。
1.5 已知条件和参考条件
1) 已知条件。 (1) 齿数z直接数取; (2) 螺旋角β在 (0~8°) 范围内; (3) 齿轮制造精度等级按照GB/T10095.1和GB/T10095.2中9-9-8级和9-8-8级; (4) 齿厚偏差按工况情况、设计理念或相关产品标准要求执行。
2) 参考条件。 (1) 见图1 (a) 和图1 (b) , 渐开线工作面参与磨损, 保持原有加工状态部位为未被磨损的齿顶圆弧面 (宽度b范围内) 和齿槽底部 (0.25mn深度) ; (2) 按规范设计和安装的特定设备管磨机, 其齿轮安装位置尺寸与压力角有关; (3) 筒体法兰及法兰连接螺栓孔。
如图1 (c) 所示, 偶尔有齿轮严重磨损达到齿顶变尖, 齿顶圆全部被磨损的情况, 但由于大小齿轮齿厚差异或寿命差异, 出现大小齿轮齿顶圆同时全部被磨损的情况极少。如果齿顶圆同时全部被磨损, 即大小齿轮需要同时更换, 则可测量齿轮中心距, 重新确定齿形参数, 进行迁就中心距的齿轮设计。
1.6 测算顺序
齿形参数存在关联性, 找出各参数之间的关系, 将先测算的数据作为后测算的已知条件。按照顺序测算, 循序渐进, 环环紧扣, 逐步由参数未知变成参数已知, 避免因缺少已知参数导致测算工作半途而废。已知参数完整、方法正确, 测算将水到渠成。经过分析拟定测算顺序为: (1) 齿顶圆和齿根圆测算; (2) 模数的判定; (3) 压力角的判定; (4) 螺旋角的测算; (5) 变位系数的测算; (6) 中心距的测算。
2 齿顶圆和齿根圆测算
2.1 齿顶圆测量
齿顶圆直径da的尺寸公差等级虽然比较低, 但是如果通过齿顶圆直径da测算齿根圆直径df时, 就必须先精确测量da。
小齿轮直径较小, 只要通过测量齿轮轴的直径、齿顶圆面到齿轮轴表面的距离, 就能方便推算出齿顶圆直径da1。大齿圈装配在筒体上, 无法用游标卡尺测量直径。回转窑等转筒设备标准规定大齿圈齿顶圆跳动允许值约为1.5mm, 即使有大型卡尺, 由于齿顶跳动大, 只能通过测量计算平均直径。无论齿轮径向变形量有多大, 齿顶圆的周长变化都不大, 因此齿顶圆直径da2完全可以采用π尺测量。
当小齿轮尚未拆除, 受啮合区局部影响无法测量到齿顶圆全部周长时, 可以通过可测量的大部分齿顶弧长与齿数的比例关系推算齿顶圆周长。
2.2 测量误差分析
齿顶圆不是完整连续的圆柱面, 用π尺测量时由于齿槽的影响, 周长测量必然产生误差, 其误差的产生由齿槽处弦长与弧长差所导致。表1为两种标准圆柱直齿轮磨损前后顶圆直径测量理论数据分析。π尺测量的周长 (弦长弧长总和) 与理论周长比较推算出磨损前后直径测量理论误差差值仅为0.17mm和0.15mm;极限磨损后 (当齿顶磨损到宽度接近于0时) 直径测量理论最大误差虽然有 (-0.66~-0.29) mm, 但在实际测量中由于π尺弯曲弹性变形作用, 使π尺的曲率与齿顶圆曲率趋于一致, 实际测量误差会更小。我们在大齿圈制造时发现直径 (5 500~8 000) mm的齿轮滚齿前后的外圆π尺测量差值仅为 (-0.40~-0.20) mm。π尺测量误差可以视齿尖宽度磨损程度根据测量理论误差的 (70%~80%) 进行适当补偿。
mm
注: (1) 指从未经使用齿尖处于最宽状态; (2) 指使用后齿尖宽度磨损达到接近0的状态。
2.3 齿根圆直径的推算
齿根圆直径df是推算其他参数的重要依据。通过测量小齿轮轴的直径、齿根圆到齿轮轴表面的距离, 就能方便地推算出小齿轮的df1。大齿轮齿根圆直径df2可以通过齿顶圆直径da1、齿槽弦长l和槽深hg来推算。如图2 (a) 所示, da、hg和l分别通过π尺、深度尺和游标卡尺测量。槽深hg的测量应考虑齿轮加工变形所带来的不一致性, 应多点测量取平均值。
如图2 (b) 所示, 根据勾股定理, (df/2+hg) 2+ (l/2) 2= (da/2) 2, 可以建立齿根圆直径df的推导关系式:
式中:
df———齿根圆直径, mm;
da———齿顶圆直径, mm;
hg———槽深, mm;
l———齿槽宽度, mm。
3 模数的判定
3.1 利用大齿轮齿数z2和齿根圆直径df2判定模数
1) 判断的理论依据
模数是决定齿轮形状的主要参数, 很难直接测量[6]171。模数mn、齿数z2、螺旋角β和变位系数x2决定齿根圆直径df2。回转窑等转筒设备一般不采用短齿制齿轮, 齿顶高系数与顶隙系数的和 (h*an+cn*) 取1.25, 将分度圆直径计算公式:
和齿根圆计算公式
合并得到大齿轮根圆计算的简化公式:
则0≤x2≤2.8、0≤β≤8°的大齿轮df2的范围为mn (z2-2.5) ~mn (z2/cos8°+3.1) 。
2) 多齿数大齿轮模数的直接判定
对于标准圆柱直齿轮, 则通过mn=df2/ (z2-2.5) 的关系直接判定模数;对于变位齿轮或变位斜齿轮, 当齿数较多时, 可以通过大齿轮齿根圆直径所在范围判定模数。
见表2 (a) , 相同齿数 (多齿数) 、不同模数、0≤x2≤2.8的直齿轮齿根圆直径df的范围不交叉, 且相距较远 (均在55mm以上) , 极易判断模数。
见表2 (b) , 相同齿数 (多齿数) 、不同模数、0≤x2≤2.8、0°≤β≤8°的圆柱斜齿轮齿根圆直径df2的范围也不交叉, 可以通过大齿轮齿数z2和齿根圆直径df2的范围直接判断模数。
3) 多齿数大齿轮预估螺旋角的模数辅助判定
为了提高模数判定的准确性, 应尽可能缩小未知参数螺旋角β的范围。可以采用牛皮纸 (或类似纸张) 拓印辅助模数测量法测得齿顶螺旋角β2 (测量方法后述) , 作为未知参数螺旋角β的参考依据。由于β2稍大于β, 常规β2与β相差不超过0.6°, 则可以将β的预估范围由 (0°≤β≤8°) 缩小为[ (β2-0.6°) ~β2], 即df2范围缩小为mn[z2/cos (β2-0.6°) +3.1]~mn (z2/cosβ2+3.1) 。
见表2 (c) , 例如螺旋角β为7.5°的大齿轮, 假定拓印测得齿顶螺旋角β2为8°, 则β的预估范围由 (7.4°~8°) , 这样相邻模数df2范围之间的距离增大40mm以上, 各模数齿轮的齿根圆直径所在范围间隔距离更明朗, 更有利于模数的判定。
4) 少齿数大齿轮预估螺旋角的模数辅助判定
回转窑等转筒设备大齿轮齿数一般大于150, 齿数少, 0≤x2≤2.8、0°≤β≤8°各模数大齿轮的齿根圆直径所在范围有可能出现交叉, 而无法判定模数。见表2 (d) , z2=150、0≤x2≤2.8的齿轮, 将β预估在0.6°范围 (7.4°≤β≤8°) 内, 齿根圆直径df2所在范围就不交叉, 就能判定模数。
5) 少齿数大齿轮的模数双辅助判定
在少齿数大齿轮模数判定中, 为了防止相邻模数 (如25与26) 齿轮的df2所在范围距离相距过小 (如3mm左右) 导致模数误判, 则可以同时采用预估螺旋角和测量全齿高h与2.25mn的大小比较两种方法辅助判定模数。变位齿轮全齿高h<2.25mn, 且x越大h越小、x越小h越大。
见表2 (d) , df2处于极限尺寸 (3 865.3和3 867.2) 附近 (如3 866) 时难以判定模数, 则x2接近于0 (较大模数26时) 或接近于2.8 (较小模数25时) 。通过全齿高是否接近2.25mn (即56.25或58.50) 来判定模数。如果全齿高h<56.25, 就判定mn=25;如果全齿高56.25≤h≤58.50, 就判定mn=26。
建议df2测量值处于理论范围极限尺寸±5时采用预估螺旋角和分析全齿高大小辅助判定方法, 避免由于df2测量误差导致模数误判。
6) 利用小齿轮齿数z1和根圆直径df1不宜判定模数
见表2 (e) , 相同齿数、不同模数、0≤x1≤1 (常规范围) 、预估7.4°≤β≤8° (范围仅为0.6°) 的小齿轮df1范围之间大部分出现交叉, 无法判定模数。只有极小范围的df1不交叉可以判断模数, 因此不宜根据df1判定模数。
mm
注:相距指相邻两列范围首尾数据之间的距离 (不重叠部分) , 交叉指相邻两列数据范围重叠部分。
3.2 利用公法线长度判定模数
有些回转窑等转筒设备齿轮为标准圆柱直齿轮, 根据齿数z和齿根圆直径df能够通过关系式mn=df/ (z-2.5) 直接推算判定模数。而管磨机齿轮多为变位直齿轮或变位斜齿轮, 需要通过较复杂的测算过程才能判定。小齿轮一般为锻件, 材料组织致密均匀, 各齿磨损基本均匀, 有利于提高测量的准确性。同时小齿轮跨测齿数少, 量具准备和测量都比较方便。
1) 跨测齿数的确定
用游标卡尺测量齿轮公法线时, 必须保证卡尺的两卡脚与两反向渐开线齿廓相切。跨测齿数k不能任意选取, 跨齿数过多或过少, 都会使卡尺的卡脚靠近轮齿的顶部或根部, 形成不相切的接触, 因而都不能准确测量公法线长度, 从而影响齿轮模数判定的准确性。因此需要选择适当的跨齿数, 使游标卡尺的卡脚与渐开线的切点位于齿廓的中部[7]。
2) 公法线长度测量
如图3所示。齿顶与齿根磨损程度不同, 因此用游标卡尺分别测量跨齿数WK和WK-1的两个公法线长度, 应在不同的方位测量得到若干组数值, 取平均值。
3) 模数的推算
公法线长度WK (或WK-1) 与法向模数mn、压力角αn、跨测齿数k、当量齿数z′、变位系数x有关。根据变位圆柱斜齿轮公法线长度公式:
可推导出齿轮模数mn的计算公式[6]172
在αn已知的情况下, 完全可以根据公式 (7) 的计算值圆整为大整数 (如25.2或25.6圆整为大整数26) 判定为齿轮的模数mn。但是在αn未知的情况下, 只能假定αn为20°和25°两种情况进行模数的初步判定, 判定误差接近1。在αn未知的情况下采用公法线长度判断mn的方法[6]172必然存在漏洞, 因此建议在压力角判定基础上采用公法线长度判定模数。
4) 判定准确性分析
对于没有被磨损的齿轮, 理论上 (WK-WK-1) 与 (WK+1-WK) 相同, 只需测量WK+1和WK的平均值或WK和WK-1的平均值, 通过公式mn= (WK+1-WK) /πcosαn或mn= (WK-WK-1) /πcosαn都可以准确推导出模数mn。
失效齿轮齿面的磨损不是均匀磨损, 齿面磨损会使压力角发生变化。如图3所示。齿轮齿顶磨损量δ3最大, 齿面中部磨损量δ2较小, 齿根磨损量δ1最小, 并且 (δ3-δ2) > (δ2-δ1) 。WK+1的测量位置靠近齿顶, WK-1的测量位置靠近齿根, (WK+1-WK) < (WK-WK-1) , (WK-WK-1) 更接近磨损前的原始数据, 略小于原始数据, 这是模数测算数据圆整为大整数的原因。所以在αn已知的情况下, 优先测量磨损较小齿轮的公法线长度使用公式 (7) 计算mn值更为准确。
4 压力角的判定
4.1 根据模数和公法线长度判定压力角
式 (7) 可以转换为压力角推算公式:
即在模数mn已判定的基础上通过上述方法测量的WK和WK-1可以推算压力角αn。由于齿面磨损后的齿轮 (WK-WK-1) 始终略小于磨损前的原始数据, 推算的αn都略大于实际值, 因此推算数据取小 (如20°<αn<25°时α取20°, αn>25°时, α取25°) 。
4.2 根据大齿轮齿槽底部尺寸判定压力角1) 不同压力角的大齿轮齿槽形状分析
在维修中发现, 齿顶磨损比齿根磨损严重, 即齿轮磨损后压力角会变大, 因此根据齿面形状很难判断原先的压力角α的大小。回转窑齿轮安装规定顶隙为[0.25mn+ (2~3) ]mm[4]8, 回转窑国家标准 (国家标准化管理委员会2016年终审稿) 规定顶隙为[0.25mn+ (3~4) ]mm;管磨机齿轮安装规定按中心距大小侧隙范围为 (0.85~2.17) mm[5]8, 则顶隙范围为[0.25mn+ (1.01~3.17) ]mm。顶隙均比0.25mn大1mm以上, 说明齿槽底部不参与磨损性工作, 仍保留原来的形状[8]。
如图4 (a) 所示。20°和25°压力角的齿形除齿面形状不同外, 齿槽底部也有明显的区别, 齿槽底部宽度尺寸有较大的区别。从表3中的几种齿轮数据比较分析出:在 (0≤x≤2.8) 范围内, 只要压力角α不同, 即便模数相差1mm, 齿槽底部宽度也不在同一范围内。因此在mn和z已知情况下可以根据齿槽底部宽度精确判定α。实际应用中, 25°压力角大齿轮不变位, 小齿轮不变位或变位系数极小, 因此大齿轮齿槽底部宽度B25范围比表3中范围更小, B20和B25所在范围相距更远。
2) 不同压力角的小齿轮齿槽形状分析
见表4, α=20°的小齿轮变位系数x1为 (0~1) , α=25°的小齿轮变位系数x1为 (0~0.35) , 不同压力角小齿轮槽底宽度尺寸范围多数小区域交叉。因此, 小齿轮齿槽形状不能直接判断压力角, 还需要通过全齿深辅助判断。所以, 根据大齿轮齿槽底部尺寸判定压力角的方法直接、简单、准确。
3) 判定方法
如图4 (b) 和表3所示, 根据模数mn、齿数z2、x2 (取0~2.8) 和c2′ (取0.25mn) 计算两种压力角α的齿底宽最大值和最小值, 制作两种压力角的齿槽底部宽度通止规, 能够方便地判定压力角。如图4 (c) 所示。齿槽底部宽度的理论数值推算较为复杂, 在实际测量中, 可以借助现有的CAD绘图软件生成齿形图获得到齿槽宽度尺寸。许多人在判断齿轮压力角问题上无从下手。槽底尺寸判定法是根据原始齿形轮廓中唯一存在的未被磨损的完整区域 (槽底) 判断的, 很难再从齿形上找到其他的判断线索和判断方法, 因此方法合理适用。
4.3 根据管磨机设计理念判定压力角
如图5 (a) 所示。特定设备边缘传动管磨机设计中都考虑到齿轮传动中大齿轮的受力方向垂直向上, 使设备基础不承受水平方向的分力[11]。
大小齿轮位置存在以下几何关系:
当αn趋近于压力角α时, 齿轮传动的水平分力较小。在齿顶圆直径da和齿根圆直径df测量基础上, 再测量距离A和大齿轮顶隙c2′。如图5 (b) 所示, 尺寸存在以下关系:
将式 (11) 代入式 (10) , 再将式 (10) 代入式 (9) 可以得到αn值的推导公式:
式中:
αn———齿轮垂直受力方向的角度值, (°) ;
da2———大齿轮齿顶圆直径, mm;
da1———小齿轮齿顶圆直径, mm;
df2———大齿轮齿根圆直径, mm;
c2′———大齿轮顶隙, mm;
a———齿轮副实际安装中心距, mm。
按规范设计的管磨机大小齿轮位置尺寸E是经过整数圆整的。尺寸圆整、加工误差、安装误差和测量误差等可能造成αn推算值与α有一定的差异。齿轮副中心距a的范围一般为 (1 250~4 500) mm, 水平距离E的安装误差一般为±1mm以内, E的综合误差一般为±3mm以内。表5是常规管磨机两组特小和特大中心距 (1 250mm和4 500mm) 齿轮副的αn计算值与α判断分析。从αn计算值分析可知, αn的四舍五入值与α一致。因此可以用αn的四舍五入值判断α。按规范设计和安装的管磨机, 对于α的测算不存在判断误区。即使E的综合误差范围扩大到±15mm, 也可以根据 (αn<22°) 和 (αn>23°) 两个范围判定α是20°还是25°。
5 螺旋角的测算
5.1 测量模板制作
用牛皮纸 (或类似纸张) 拓印测量法预估齿顶螺旋角β1。根据β1用具有一定弹性的薄板制作与齿轮等宽的测量辅助模板。预估螺旋角与实际螺旋角越接近, 测量误差越小。根据模板角度大小分为正角模板或负角模板, 见图6。应该注意的是, 为了使模板与齿轮端面吻合准确, 提高测量准确性, 模板应稍长些。
5.2 模板比照测量
如图6所示。模板的一个平行边与齿轮端面平齐, 斜边起点与齿顶角吻合, 模板贴紧顶圆面。用深度游标测量齿面另一齿顶角与模板斜边的偏离量δ。一般齿轮两端面都有倒角, 应在不含倒角的宽度范围内测量δ, 以减小测量误差。
5.3 螺旋角推算
由分度圆直径计算公式 (2) 可知, 齿轮螺旋角反映在分度圆上。因此齿轮螺旋角无法直接测量, 只能间接测量和推导。
根据图7 (a) 和图7 (b) 所示的数据关系推算出齿顶实际螺旋角β2值 (推算式中正角测量取正, 负角测量取负) :
式中:
β2———齿顶螺旋角, (°) ;
β1———模板斜边倾斜角, (°) ;
B———齿宽, mm;
δ———偏离量测量值, mm。
我们把齿轮轮齿看作螺旋叶片来分析, 齿顶和齿面的螺旋升角与所在的直径大小有关。分度圆处的螺旋升角反映齿轮螺旋角数值, 其螺旋角与螺旋升角互余。如图7 (c) 所示。可以建立如下关系式:
将式 (14) 代入式 (15) , 再将式 (15) 代入式 (16) 得到螺旋角的推导公式:
式中:
β———齿轮螺旋角, (°) ;
L———分度圆周长 (L=mnπz/cosβ) , mm;
L′———顶圆周长 (L′=πda) , mm;
β2———齿顶测算螺旋角, (°) ;
mn———法向模数, mm;
δ———偏离量测量值, mm;
π———圆周率, π≈3.141 592 6。
5.4 测量精度分析
螺旋角的改变对斜齿轮啮合性能有很大的影响, 因此螺旋角的测量准确性非常重要。通过数控设备加工的模板尺寸误差可以保证在±0.02mm范围内, 深度游标测量误差可以保证在±0.02mm范围内, 综合测量误差可以保证在±0.04mm以内。齿轮宽度一般 (400~750) mm, 宽度为400mm的齿轮测量误差为±arctg (0.04/400) , 约为±18″, 宽度越大测量误差越小。其实在斜齿轮滚齿加工时, 由于差动挂轮齿数的局限造成的螺旋角制造误差有时比螺旋角测量误差更大, 因此模板比对测算能够满足测绘要求。
6 变位系数的测算
6.1 变位系数的一般计算方法
在法向模数mn、齿数z、齿根圆直径df和齿轮螺旋角β已测算的基础上可以进行变位系数的推导。齿根圆计算公式 (4) 可以变换成变位系数的xn的简化计算公式:
6.2 变位系数的精算方法
变位系数直接影响齿轮传动系统的性能, 测算和推导的准确性尤为重要。齿厚偏差都是负值, 因而实测齿根圆直径df略小于理论基本尺寸。从精益求精的角度出发, 在测算变位系数xn时应先对df进行修正。根据精度等级和齿厚偏差 (如管磨机的9-8-8HK和9-8-8KL) 和有关参数算得齿厚偏差平均值ΔEs, 再根据ΔEs对df进行修正补偿, 作为精算变位系数xn的计算依据。根据齿厚变化与根圆变化的关系得到df补偿量计算公式为:
则根据式 (18) 并考虑齿厚偏差对df补偿后的变位系数精算公式为:
7 齿轮中心距的测算
7.1 测算的目的
一是齿轮成对更换时为中心距符合性设计提供依据, 二是对已测算的齿形参数进行验证。当根据已测算的齿形参数推算的中心距与直接测量的中心距存在差异时, 说明存在数据测算不准确或判断错误, 需要重新测算和判定。
7.2 推算法
在齿数z、模数mn、螺旋角β、变位系数xn测算基础上通过以下公式推算变位齿轮副中心距a。
式中:
a———变位齿轮副中心距, mm;
z∑———总齿数;
x∑———总变位系数;
yn———中心距变动系数;
β———螺旋角, (°) ;
αn———齿轮压力角, (°) ;
αt———分度圆压力角, (°) ;
αt′———啮合角, (°) 。
7.3 测量法
见图5, 根据测量的齿顶圆直径da1和da2、齿根圆直径df1和df2和顶隙c1′和c2′, 通过以下两个尺寸关系式:
均能得到中心距a。
8 装配尺寸的测量
8.1 装配尺寸测量分析
小齿轮测量尺寸主要为齿轮轴径 (孔径) 、键槽尺寸 (或胀套空间尺寸) , 其测量方法没有特别之处。对于键连接的齿轮轴径测量后只要正确选择齿轮内孔直径的尺寸公差即可。回转窑和烘干机大齿轮的装配为弹簧板连接, 大齿轮更换时一般同时更换弹簧板。因此在齿形参数齐全的情况下可以根据常规的齿轮结构和装配形式进行重新设计制造。管磨机大齿轮的装配连接件为筒体法兰, 通过螺栓与筒体法兰连接, 铰孔螺栓定位。法兰尺寸为重要的装配尺寸, 由于法兰外径较大, 需要测量法兰外径和螺栓孔的位置尺寸。
8.2 法兰连接尺寸的测量
法兰的测量项目主要为法兰的外径d1 (用于确定大齿轮止口尺寸) 、螺栓孔径d2 (用于选择螺栓规格) 、螺栓孔所在的分度圆直径d3和螺栓孔边距H (用于推算d3和判断原先制造质量) ;测量的主要工具为π尺和游标卡尺。筒体法兰外圆与大齿轮止口裸露的, 不需要拆除其他零件就可以直接测量。法兰与止口之间一般留有较大的间隙Δ, 如图8 (a) 所示。将外侧间隙Δ内的油污清理干净, 用π尺和止口间隙可直接测量法兰的外径d1, 测量误差一般不超过0.2mm。
如图8 (b) 所示, 拆除不同位置的连接紧固件, 测量螺栓孔的大小d2及相对于法兰外圆的孔边距离H, 则可推算螺栓孔分度直径d3 (即d3=d1-2H-d2) 。原始设计的螺栓孔分度直径d3一般为整数 (常规为5的倍数, 除非非正规设计单位设计) , 因此测算数据需进行圆整。
如果发现孔边距离H不一致 (或螺栓孔距F不一致) , 则说明原制造商缺乏数控加工能力或没有可靠的质量保证措施, 而依靠手工划线进行法兰螺栓孔加工, 螺栓孔的位置度得不到保证, 这将给测量、制造和安装带来很大的困难。
9 量具和材料及测算顺序
测算项目涉及的量具和材料见表6。表中列出了测算项目对应的量具和材料、参数基础数据条件、涉及的间接测量项目、测算参考顺序。
1 0 测算实例
实例1:某制造厂为贵州兴义某水泥厂生产两台Φ3.5m×13m管磨机, 其大小齿轮设计螺旋角为4°。在安装过程中发现大小齿轮螺旋角不一致, 无法啮合。需要测量螺旋角进行重新配对制造。大齿圈直径为Φ6 097mm, 重量达26t, 拆卸工作量大, 更换周期长, 更换费用高;配对制造小齿轮损失较小。该公司采用辅助模板测算齿顶螺旋角, 推算出大齿圈的螺旋角为3°49′20″, 解决了小齿轮配对制造问题。事后发现螺旋角不一致的原因是大齿轮滚齿时由于挂轮齿数不对 (齿数标记错误) , 将螺旋角4°加工成3°49′32″。根据上述的方法的测量值与实际值仅相差12″。齿宽700mm的齿轮螺旋角相差12″, 其齿形误差相差约0.04mm, 对于精度等级为9-9-8级或9-8-8级齿轮来说0.04mm的极小齿形误差是可以忽略的。
注: (1) da1为大齿轮齿顶圆直径;da2为小齿轮齿顶圆直径;df1为大齿轮齿根圆直径;df2为小齿轮齿根圆直径;WK/WK-1为平均公法线长度;mn为模数;α为压力角;β为螺旋角;a为大小齿轮中心距;c′为顶隙 (即c1′和c2′) ;d1为筒体法兰外径 (见图8) ;d2为螺栓孔直径;d3为螺栓孔分度圆直径;H为螺栓孔边距;F为螺栓孔距;xn为变位系数;A为大小齿轮位置尺寸 (见图5) 。 (2) “甲”、“乙”、“丙”表示不同测算方法。 (3) “×”为测量项目不涉及或不直接涉及的量具或材料;“★”为直接测量得到数据的项目对应量具或材料;标记为文字的测量项目相关的间接测量项目对应的量具或材料。 (4) 相同测算顺序编号表示顺序不分前后;编号“1、2、3...”与“Ⅰ、Ⅱ”之间没有顺序关系。
实例2:缅甸某水泥厂一台长期运转的中国产回转窑, 齿轮磨损严重, 运转中振动较大, 需要更换。由于制造厂原始资料丢失, 需要重新测绘。根据上述的方法测量和推导其他参数, 并绘制出齿轮的制造图, 成功完成设备大修。
实例3:刚果某水泥厂一台长期运转的中国产边缘传动管磨机, 大小齿轮全部失效, 无制造图纸。我集团技术人员根据上述的方法测算获得原始数据。根据实测有关参考数据进行迁就中心距的齿轮设计[11], 设计中采用“二小[12]”设计理念, 制造中采用滑动率差搭配制造控制方法[13], 取得了理想的改造效果。
1 1 总结
1) 模数判断有两种方法:一是利用大齿轮齿数和齿根圆直径判定0≤x2≤2.8、0≤β≤8°范围内的齿轮模数, 二是在压力角已知情况下根据跨齿公法线长度差 (WK-WK-1) 的平均值可以推算被磨损齿轮的模数mn, 两种方法可以相互验证模数判定的准确性。
2) 压力角有三种判定方法:一是根据模数和公法线长度判定, 二是根据大齿轮齿槽底部尺寸判定, 三是根据管磨机设计理念判定。三种方法可以相互验证压力角判定的准确性。
3) 通过辅助模板对齿轮齿顶螺旋角测算, 根据齿顶螺旋角与齿轮实际螺旋角的关系推导出斜齿轮的螺旋角β。
4) 根据齿根圆直径df、模数mn、齿数z和螺旋角β可以计算变位系数x, 通过精度等级和齿厚偏差进行修正补偿, 可以精算变位系数。
5) 中心距测算有三种方法:一是在齿数z、模数mn、螺旋角β、变位系数xn测算基础上可以推算中心距a, 二是根据测量的齿顶圆直径da1、齿根圆直径df2、顶隙c2′和大小齿轮位置尺寸A可以得到中心距a, 三是根据测量的齿顶圆直径da2、齿根圆直径df1和顶隙c1′和大小齿轮位置尺寸A可以得到中心距a, 三种方法可以相互验证中心距测定的准确性, 并可验证齿形参数测算的准确性。
6) 通过测算筒体法兰的外径d1、螺栓孔径d2和螺栓孔边距H可以确定大齿轮装配连接尺寸;根据螺栓孔边距H和螺栓孔距E的一致性能够判定原先装配尺寸的制造质量, 分析改造的安装难度。
7) 测算方法能够用于指导回转窑等转筒设备传动齿轮的修复和配对制造。
摘要：从回转窑等转筒设备传动开式齿轮改造需求出发, 提出齿形参数和装配连接尺寸实地测绘方法 (包括:齿顶圆、齿根圆、螺旋角、变位系数的测算;模数、压力角的判定;中心距和齿轮连接尺寸的测量) , 并列举三个测算实例的成功应用。通过分析得出结论:在压力角已知的情况下, 根据跨齿公法线长度差平均值能准确推算磨损齿轮模数;利用齿数和齿根圆直径可以判定齿轮模数;在模数已知的情况下, 根据跨齿公法线长度差平均值能准确推算磨损齿轮压力角;根据大齿轮齿槽底部尺寸和管磨机设计理念可判定压力角;通过辅助模板测算齿顶螺旋角, 并进而推导出斜齿轮螺旋角;根据齿根圆直径、模数、齿数、螺旋角可推算变位系数, 通过精度等级和齿厚偏差进行修正补偿可精算变位系数, 并进而推算中心距;根据顶圆直径、根圆直径、顶隙及大小齿轮位置尺寸可推算中心距;尺寸推算的中心距和齿形参数推算的中心距相互印证, 判断齿形参数的测算准确性;通过测算筒体法兰的外径、螺栓孔径和螺栓孔边距可以确定大齿轮装配连接尺寸;根据螺栓孔边距或螺栓孔距的一致性能够判定原先装配尺寸的制造质量, 分析改造的安装难度。所述测绘方法能够用于指导齿轮修复和配对制造。
开式齿轮装置 篇6
回转窑等转筒设备是建材、冶金、矿山行业常见的设备, 其传动齿轮振动直接影响正常使用。振动多数反映在齿轮传动上, 有些振动并非齿轮自身原因。从多方面分析振动的原因, 可避免出现判断误区, 为设计、制造、土建、安装、使用和改进中预防和控制齿轮振动提供可靠的依据。
1 设计原因
1.1 水平分力大
如图1所示, 管磨机与回转窑不同, 传动基础的布置一般都根据齿轮压力角αn设计, 使大齿圈受力垂直向上[1] (或接近于垂直向上) 。变位齿轮的啮合角α′>αn[2]85, 变位系数与啮合角成正比函数关系。如果大变位齿轮传动管磨机根据压力角布置基础, 基础承受较大的水平分力, 造成基础和设备存在振动隐患[2]85。
1.2 重合度低
重合度低容易产生振动。重合度与齿数、模数、变位系数、螺旋角有关。大模数、少齿数、大变位不利于回转窑等转筒设备齿轮传动平稳运转。小模数优点在于噪音小、振动小、动载荷小;多齿数小变位斜齿轮的优点在于重合度高。
小模数多齿数齿轮在运行时, 多边形效应不明显;β为2°~5°的小螺旋角齿轮总重合度较直齿轮提高17.4%~48.3%[2]85;传统齿轮与小模数多齿数斜齿轮使用情况实例对比, 小模数多齿数小螺旋角 (2°~4°) 斜齿轮的重合度由直齿轮的1.2~1.4提高到2以上[3]168。因此提倡采用一多四小 (即多齿数、小模数、小变位、小螺旋角和小滑动率差) 设计方法[4]33。对于因不能承受轴向力而不宜使用斜齿轮的传动 (如现行的双滑履磨) 齿轮副, 则采用“多齿数、小模数、小变位和小滑动率差”或“多齿数、小变位和小滑动率差”或“小变位和小滑动率差”的“一多三小”、“一多二小”或“二小”设计, 也能显示出许多优越性[4]33。
1.3 变位系数过大
变位系数过大容易根切。在安装调试现场, 往往通过增大侧隙的办法解决根切问题, 但振动难以完全消除[5]。对于边缘传动管磨机, 增大侧隙解决根切问题一般很难符合产品标准中齿轮副侧间隙[6]8的规定。齿轮的顶隙和侧隙过大会引起传动部的振动或掰齿现象[7]。因大变位设计导致振动成为普遍现象。
1.4 齿宽系数过大
回转窑等转筒设备齿轮直径一般在3.5m以上, 国家标准规定齿轮精度为9-8-8级[8]6, 很难达到更高的加工精度。齿宽系数越大, 载荷沿齿宽分布不均匀的现象越严重[9]。回转窑等转筒设备齿轮齿宽系数一般以不大于0.8为宜[2]86。
1.5 弹簧板联接孔位置问题
1) 联接孔位置度与凸台铸造位置度一致性问题
弹簧板起传递传动扭力和支撑大齿圈的作用, 安装时在大齿圈跳动检测合格后配焊在筒体上, 大齿轮和弹簧板一般同时更换, 过高的要求没有实际意义, 只会增加因联接孔位置度与凸台铸造位置度不一致的报废率和制造难度。即便大齿圈翻面使用, 弹簧板也需更换。因此大齿圈与弹簧板的联接孔位置度不需要有过高要求。由于对联接孔位置度的认知不同, 可能某些设计对位置提出的要求较高或按标准规定的未注公差GB/T 1804-c级 (约±3~±4mm) 。即使放宽到未注公差GB/T 1804-v级, 公差也只有±6~±8mm。受铸造水平的限制, 普遍凸台铸造位置度只能达到±15mm或更大。为了片面达到没有实际意义的较高联接孔位置度要求, 导致联接孔不处于凸台中间位置造成严重偏心、孔的壁厚难以保证、凸台刚度不够或断裂的后果。
2) 联接孔的径向位置与铸造质量的稳定性
如图2 (a) 所示的成都某设计院设计的大齿圈凸台位置处于肋板外侧, 加上R角过小, R区容易产生铸造应力集中, 产生裂纹, 甚至断裂, 存在铸造风险;如图2 (b) 所示的南京某设计院设计的大齿圈凸台位置处于肋板相交处, R角半径达到150mm, 凸台不容易产生裂纹和断裂;如图2 (c) 所示, 改进凸台位置和形状综合考虑了铸造应力产生裂纹和断裂的风险以及铸造尺寸偏差。
1.6 半齿圈结构导致的加工变形
为了运输和安装, 传统大齿圈分成两半。如图3 (a) 所示, 设计结构决定切削加工容易变形。
如图3 (c) , 多瓣大齿圈变形分散, 防变形措施优于半齿圈。为了防止变形大, 同时方便运输和安装, 直径较大的大齿圈应采用多瓣结构。
1.7 其他设计原因
1) 滑动率差过大
未进行变位系数的合理分配导致滑动率差过大, 磨损快导致振动。
2) 大齿圈轮辐轮缘刚度差
大齿圈轮辐轮缘刚度不够, 甚至造成轮辐轮缘断裂。有些传动功率较大齿宽较大的大齿圈却采用单轮辐, 轮缘悬臂较长刚度明显不够。
3) 弹簧板刚度差
回转窑大齿圈弹簧板过薄, 刚度差, 导致齿轮振动。
4) 大齿圈哈夫面变形大
哈夫面处变形贴合处产生间隙造成齿距误差大产生冲击力, 导致哈夫面外侧的双头螺栓产生拉伸塑性变形和断裂。
5) 哈夫面连接螺柱小或退刀槽应力集中
哈夫面连接双头螺柱规格偏小或退刀槽应力集中引起断裂。
6) 大小齿轮齿数不互质
大小齿轮齿数不互质导致循环接触周期过短造成轮齿不均匀磨损。
7) 筒体挠曲大
对于长径比较大的管磨机筒体, 轴线挠曲较大导致大齿圈跳动大。
8) 齿轮硬度选择不符合规范
设计硬度偏小, 或大小齿轮设计硬度差严重超过范围, 导致不正常磨损。
9) 电动机功率选择偏小
由于物料停留时间、研磨体数量、耐火砖重量不同, 同规格设备在不同工况条件下的耗用功率也不同。由于未充分考虑各工况设备的实际情况, 导致电动机功率选择偏小, 回转筒体运转不稳定产生振动。
2 制造原因
2.1 大齿圈跳动大
由于加工残余变形引起哈夫面处贴合不到位, 造成齿距变大、径向跳动大, 安装无法调整到位, 如图3 (a) 所示, 非一次装夹加工或装夹跳动检测疏忽造成外圆与加工基准面B (安装法兰止口) 不同轴, 造成外圆跳动大。与齿圈外圆、法兰止口一次性装夹加工的端面应为基准端面。如图3 (b) 所示, 基准端面A应为跳动检测面。当滚齿装夹时基准端面A与非基准端面混淆 (即在非基准端面上进行装夹跳动检测) , 造成基准端面跳动大, 安装无法调整到位。
在切削粗加工时多次释放应力, 使精加工时应力处于较小状态, 或采用预应力加工, 可达到理想的防变形效果。
2.2 小齿轮跳动大
1) 如图4 (a) 所示, 轴孔与齿轮外圆轴线平行偏离, 以外圆作为齿形加工基准带来齿廓位置误差, 造成运转中侧隙忽大忽小。
2) 如图4 (b) 所示, 轴孔与齿轮外圆轴线孔内交叉, 外圆一端径向跳动大, 或外圆两端径向跳动都大, 造成运转中一端侧隙忽大忽小或两端侧隙大小无规律变化。
3) 如图4 (c) 所示, 混合误差集中在同一齿轮上, 轴孔与齿轮外圆轴线孔内偏离孔外交叉, 造成齿轮两端侧隙大小无规律变化, 产生振动。
2.3 回转筒体跳动大
中空轴、滑履和回转筒体组成大齿圈旋转支撑的巨型轴系, 瓦或滑履是旋转支撑点。中空轴或滑履与齿圈法兰加工不同轴会造成大齿圈安装无法达到端面跳动和径向跳动要求。管磨机国家标准规定:大齿圈对中空轴或滑环外圆跳动公差为大齿圈顶圆直径的0.25/1 000, 端面跳动公差为大齿圈顶圆直径的0.35/1 000[6]6。制造中由于落地车床的主轴承游隙过大、筒体端板 (或装夹工装) 弹性变形、顶针严重磨损和非一次装夹加工都会造成端面跳动和径向跳动误差不符合标准规定。
2.4 公法线长度变动公差大
机床精度差导致公法线长度变动公差大, 引起振动。有些制造厂只控制公法线长度公差, 不重视公法线长度变动公差重要检测项目。
2.5 齿轮热处理达不到规范要求
1) 大齿圈正火硬度偏低, 与小齿轮硬度差异过大, 导致大齿圈磨损快;或同一齿轮硬度差异过大, 磨损不一致, 导致使用中齿形产生较大差异。
2) 模数大、全齿高大、淬透层厚度小, 材料内部硬度小。小齿轮齿面硬度远小于齿顶硬度, 导致磨损快。
2.6 挡轮和轮带的接触锥角误差大
挡轮和轮带的接触锥角设计时交于回转窑中心线上, 安装时偏离一定的距离, 使挡轮向下受力。挡轮和轮带的接触锥角误差大产生滑动磨损, 挡轮外圆面形成不规则形状, 阻力增大, 滚动和滑动交替, 导致冲击性振动。挡轮靠近齿轮, 挡轮振动容易误判为齿轮振动。
2.7 其他制造原因
1) 轴承座的轴承孔或轴颈直径超差, 导致“跑内圈”或“跑外圈”, 轴承座、轴承孔或轴颈磨损较快, 配合间隙变大。
2) 哈夫面联接双头螺柱螺纹加工质量差导致松动或断裂。
3) 哈夫面联接双头螺柱未按规范进行调质处理, 强度不够。
4) 地脚螺栓螺纹加工质量差, 牙厚过薄受力变形, 导致松动。
5) 端板或齿圈法兰焊接应力未能消除或无法消除, 导致法兰产生裂纹或断裂、刚度降低。
3 土建和安装原因
3.1 侧隙 (或顶隙) 过小或过大
侧隙可以补偿回转窑等转筒设备齿轮的制造和安装误差, 适应运转中的径向跳动偏差、热膨胀和轮齿受力变形。侧隙过小容易发生咬死等现象, 导致润滑不良根切、不正常磨损和振动;侧隙过大容易导致冲击与振动或断齿现象。
3.2 大小齿轮轴心线不平行
大小齿轮轴心线不平行度直接反映为两端面侧隙不相等, 两端受力不均, 易出现非正常磨损。
3.3 螺栓 (或螺柱) 紧固不当
哈夫面连接紧固不到位, 哈夫面不贴合;齿圈法兰连接紧固不到位, 造成连接刚度不足;大齿圈连接螺栓 (或螺柱) 紧固螺母预紧力控制不当, 或松或紧, 或拧紧力超出拉力许用, 导致螺柱容易产生塑变、断裂;试运转磨合期间地脚螺栓松动。
3.4 地脚螺栓孔配合间隙过大
由于切削加工的地脚螺栓采用的圆钢大于螺纹外径, 导致螺栓孔径与螺纹规格配套不规范;同时由于圆钢弯曲使地脚螺栓螺纹加工时螺纹部分与光杆部分严重偏心, 导致螺母与孔周边的压紧接触面小或严重偏心接触。如表1所示, M56的螺杆直径为Φ60mm, 配合间隙达到9mm。如表2所示, 细杆地脚螺栓配合间隙明显减小, 如M56的地脚螺栓配合间隙只有4mm, 符合GB/T 5277标准规定的螺栓通孔直径要求;同时光杆部分直径大于螺纹中径, 符合GB/T799标准规定的地脚螺栓杆径要求, 材料消耗少且效果好。
mm
mm
3.5 小齿轮轴联轴器安装质量差
联轴器安装歪斜、不同轴, 超出偏离补偿范围, 而且影响联轴器寿命。
3.6 基础严重下沉
基础严重下沉无法调整导致大小齿轮啮合不到位, 或者导致基础抗振动能力差。一旦基础严重下沉, 修复基础将造成巨大的损失。
3.7 基础开裂
1) 由于商品混凝土质量、施工质量或基础载荷的富余量不够原因导致基础开裂产生振动。
2) 由于振动问题处理不及时引起基础开裂导致振动加剧。
3.8 挡轮安装位置不正确
挡轮安装中心线偏离窑体中心线的距离过大, 挡轮产生向上的拔动力, 使挡轮上移甚至损坏轴承导致振动。
4 使用原因
4.1 润滑油黏度和浸油深度
运行时润滑油从有限顶隙和侧隙空间向外和两侧面排出。黏度过高、浸油深度过深, 润滑油黏附量大、流动性差, 不利于保持啮合齿面润滑油的清洁性。黏度过大或浸油过深极易产生较强的无规律振动。较大振动时润滑油飞溅迹象为冰雹状同时伴有较大的撞击声, 而理想的润滑油飞溅状态为雾状或细线状[2]87。
例如咸阳某厂冬季调试的一台边缘传动超细磨, 称“起初振动就达到4m/s, 加半桶油后振动增加到8m/s以上”, 经过制造商分析确认, 其原因一是使用黏度过大的220#夏季用润滑油;二是轮齿浸油深度大于全齿深。加热调整润滑油黏度和调整浸油深度 (齿深的2/3) 后振动降低到1m/s以下。
4.2 润滑方式
回转窑等转筒设备齿轮润滑效果直接影响齿轮的使用。润滑形式通常为大齿圈浸油润滑、带油轮润滑和喷射润滑。
1) 浸油润滑对油黏度要求高和浸油深度要求高, 容易因黏度和深度问题引起齿面非正常磨损及振动。
2) 带油轮润滑浸油润滑对油黏度和油位没有过高的要求, 只有当带油轮轴承或轴套损坏时才会影响润滑。
3) 喷射润滑容易控制齿面润滑脂黏附量和均匀性。国产回转窑等转筒设备大齿圈齿面硬度一般为170~210HB, 运转磨损容易产生铁屑。喷射润滑缺少杂物沉淀功能, 如果铁屑不能脱离齿面, 就会造成不正常磨损。
4.3 轴承磨损
小齿轮两侧各有一个调心滚子轴承, 使用维护不当都会引起轴承的磨损, 导致轴承游隙变大或滚子非正常磨损出现点蚀, 使小齿轮径向振动变大, 小齿轮与大齿圈的啮合状态失衡。
4.4 齿轮磨损
齿轮不正常磨损的使用原因主要有:
1) 润滑不当, 润滑油品种选择不合理。
2) 长时间使用后润滑油变质。
3) 齿轮罩密封不到位造成润滑油存在杂物。
4.5 轮带、托轮或垫板磨损
靠近齿轮的轮带、托轮或垫板磨损后窑体中心线下降或偏斜, 齿轮中心距和顶隙变小, 不及时调整托轮轴承组将导致振动。其他的轮带、托轮或垫板磨损产生的窑体中心线下降或偏斜也会导致运转负荷增大产生振动。
4.6 瓦烧伤或磨损
边缘传动磨机轴瓦是通过瓦两侧进行温度测量, 反映温度区域不够全面, 瓦出现损伤或烧瓦现象时不能及时发现, 或者由于岗位工操作或电气问题, 在高压油压力未达到预定压力或高压油泵油路有问题时启动管磨机, 容易擦伤轴瓦。当轴瓦出现严重磨损或烧瓦时极易引起磨机运转不平稳导致大小齿轮啮合不平稳。
4.7 弹簧板丧失支承功能
大齿圈弹簧板联接孔和销轴磨损或齿圈下筒体变形导致弹簧板支承功能丧失。设备长期使用产生部分或全部弹簧板联接孔或销轴磨损, 配合间隙变大, 弹簧板失去部分或全部支承作用, 导致齿轮周期性振动;弹簧板处的筒体变形导致弹簧板支承功能失效, 产生周期性振动。
4.8 其他使用原因
1) 润滑、异物或其他原因造成轴承滚珠损坏。
2) 因地质原因出现基础下沉, 中心标高变化现象。
3) 管磨机长期停机不采用顶起措施导致筒体弯曲;热态回转窑停机不及时开启辅助传动导致筒体弯曲。
4) 挡轮轴承损坏, 挡轮与轮带不能正常接触。
5 振动控制与分析途径
5.1 振动控制
振动测量位置一般在小齿轮两侧的轴承座的水平方向、轴向和垂直方向, 从振动规律判断可能产生的振动原因。控制阶段和控制方法见表3 (不限于表3中的方法) 。
5.2 振动分析途径
产生振动的原因多种多样, 有一种原因导致的振动, 也有多种原因引起的振动, 一般通过以下途径 (不限于以下途径) 检查:
1) 用裂纹、断裂、弯曲、标高、油位、黏度、顶隙、侧隙、跳动、磨损等的目测检查和检测结果判断;
2) 用测量振动点、振动强度和振动方向判断;
3) 用异常声音、判断;异常温升;
4) 用维护和操作发生改变而发现异常情况判断;
5) 用振动的规律判断;
6) 用排除法缩小检查范围判断;
注:单筒冷却机和回转烘干机的振动原因、振动现象、控制阶段和控制方法与回转窑基本相同。
7) 用动态测量观察与静态测量相结合的方法判断。
6 总结
1) 对于回转窑等转筒设备边缘传动齿轮, 不同的原因可能产生同一种振动现象;同一种振动现象的造成原因可能出现在设计、制造、安装或使用阶段。
2) 在设计方面需对齿轮受力方向、重合度、滑动率差、变位系数、齿宽系数、刚度及硬度等进行振动原因分析。
3) 在制造方面需对大齿圈、小齿轮和回转筒体的同轴度、端面和径向跳动等进行振动原因分析。
4) 在安装方面需对侧隙、大小齿轮轴心线平行度、大齿圈的连接紧固情况、膜片联轴器同轴度和基础等进行振动原因分析。
5) 在使用方面需对润滑油黏度、齿轮浸油深度、润滑方式、轴承磨损、齿轮磨损、支承零件磨损、轴瓦磨损 (或烧瓦) 和磨机中空轴中心标高变化等进行振动原因分析。
6) 对于同一种振动现象综合分析才能走出判断误区, 对回转窑等转筒设备边缘传动齿轮振动原因作出正确判断。
7) 振动分析途径有目测检查和检测判断、测振仪测量判断、异常声音判断、异常温升变化判断、维护和操作方法改变判断、振动的规律性判断、排除法判断、动态测量观察与静态测量相结合判断等。
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