单边双传动减速器自校式均载方法的实现

2014-05-31张业松沈平洋陈辽军

重型机械 2014年2期

张业松，沈平洋，陈辽军

(1.国茂减速机集团有限公司，江苏常州 213161;2.淮阴工学院，江苏淮安 223001)

0 前言

在水泥、煤业、发电等行业的大型减速器中常用到单边双传动减速器，其工况特点是:功率大、转速低、转矩大、工作条件恶劣、大多伴有严重的冲击载荷。采用硬齿面双分支功率分流齿轮传动减速器，使最大输出转矩比一般无分流调质齿轮减速器高出10倍左右，能显著减少传动装置的尺寸、重量和制造费用，同时提高了耐磨性，增长寿命和提高传动效率。功率分流均载结构是该减速器的关键技术［1］。目前，主要采用弹性悬浮均载结构和弹性轴均载结构。弹性悬浮均载方法的结构较紧凑，对制造条件要求不高，但其均载的效果在很大程度上依赖于熟练的技术，效果不稳定。弹性轴均载结构易于调整，均载效果好，但结构复杂，制造周期较长。在设计某大型球磨机主减速器时，国茂减速机集团有限公司采用了齿轮轴自校式均载，该均载方法利用不同旋向的两均载齿轮产生相反方向轴向力推动齿轮轴，不需要特别附加均载结构，当两轴向力的合力不为零时，使该齿轮轴产生轴向位移以达到均载效果。该均载结构简单，效果好，制造成本低，制造周期短。但是减速器装配时需要专用工装调整齿轮间的相对位置。

1 齿轮轴自校式均载结构及力学分析

1.1 齿轮轴自校式均载结构

大型球磨机主减速器动力从一个输入齿轮分配到两个齿轮形成分流，经这两个传动链最后再驱动同一只大齿轮输出。其均载结构示意图如图1所示。输入轴的驱动功率通过输入级小齿轮(直)1和输入级大齿轮(直)4，分配给分流Ⅰ小齿轮(右旋)2和分流Ⅱ小齿轮(左旋)5。分流Ⅰ小齿轮(右旋)2经分流Ⅰ大齿轮3和分流Ⅰ输出级小齿轮7将动力传给输出级大齿轮9;分流Ⅱ小齿轮(左旋)5经分流Ⅱ大齿轮6和分流Ⅱ输出级小齿轮8将动力传给输出级大齿轮9。其中，齿轮2和齿轮5、齿轮3和齿轮6是除了旋向相反外其余参数均相同的斜齿轮，齿轮7与齿轮8是轮齿参数完全相同的直齿轮。

图1 齿轮均载结构示意图Fig.1 Diagram of gear load-balancing structure

在球磨机运转过程中，因机器运转产生的冲击载荷较大，使减速器与球磨机间产生相对位移以及基础沉降，引起齿轮的啮合误差，连同机械加工误差一道，都会使齿间啮合力矩发生改变，影响齿轮运行的可靠性。为了能使两条传动链传递相同的载荷，将齿轮2和齿轮5固定到同一根轴上，如果其中的一个小齿轮在某一瞬间传递的力矩高于另一个小齿轮传递的力矩，打破了齿轮轴的力学平衡，该小齿轮产生的轴向力就会大于或小于另一只小齿轮和齿轮4的轴向力总和，推动齿轮轴作轴向移动，使两只小齿轮轴向力产生新的平衡。因此，两个小齿轮所传递的载荷始终保持相等。

1.2 齿轮轴自校式均载的力学分析

将齿轮2、齿轮4及齿轮5所在的轴系当作一整体零件，并将其作为研究对象进行力学分析。齿轮轴受力示意图如图2所示。

图2 齿轮轴受力示意图Fig.2 Diagram of stress on gear shaft

假定齿轮2的螺旋角为β2，分度圆直径为d2，传递力矩为T2，齿轮5的螺旋角为 β5，分度圆直径为d5，传递力矩为T5，输入轴传递到该轴的转矩为T。根据齿轮的受力分析及计算公式得

由于d2=d5，β2=－β5，根据力的平衡条件得

即

因此，在该齿轮轴处于平衡状态时，T2=T5。

现假定两条传动链传递的力矩不等，即T2≠T5。则式(2)的计算结果不等于零，此时该齿轮轴处于不平衡状态，在轴向力的作用下发生移动，直至T2=T5时为止。因为齿轮7与齿轮8是轮齿参数完全相同的直齿轮，则分别经过齿轮3和齿轮6，齿轮7与齿轮8传递到齿轮9的力矩相等。

2 实现均载的两个关键性问题

齿轮轴自校式均载结构实现均载必须满足:

(1)齿轮2和齿轮5所在的轴在轴向需有一定的移动范围，但移动范围不能太大;

(2)采取工艺措施，保证齿轮7和齿轮8能在设计理想位置与齿轮9正确啮合。

在设计减速器时，齿轮2和齿轮5的轴两端用N型圆柱滚子轴承，使该轴在轴向能够移动;齿轮3和齿轮6与各自轴采用过盈联结，使得在安装时能与其所在的轴能够通过工艺措施发生相对转动，以保证齿轮7及齿轮8在与齿轮9啮合时不发生轮齿干涉。为保证齿轮7和齿轮8随时与齿轮9正确啮合，国茂减速机集团有限公司专门设计了一套专用对齿工装。