XL400設備頭架蝸輪嚴重磨損研究

黃應勇

（柳州職業技術學院，廣西柳州545006）

某廠專用設備XL400經過多年的使用實踐，發現頭架傳動機構上的阿基米德蝸桿傳動副中的蝸輪（見圖1）磨損較快，經過統計大約4個月就要維修更換。因為維修頻繁，不但增加了維修費用，而且還大大影響了生產進度。

圖1 蝸輪

蝸輪蝸桿傳動副是設備的重要傳動部件之一，它的動力特性對設備的使用性能及使用壽命有直接影響。為了全面了解該設備的蝸輪磨損情況，發現薄弱環節，提高耐用度、降低維修成本，提供必要的改進設計依據，有必要對該專用設備的蝸輪磨損進行研究。

本文利用蝸輪齒面的接觸疲勞強度計算對蝸輪的磨損，做符合實際的預測分析，并提出改進措施，提高專用設備連續生產使用壽命及專用設備的設計水平。

1 蝸輪受力分析

1.1 XL 400設備頭架傳動機構原理

XL 400設備頭架傳動機構原理如圖2所示。電動機經皮帶輪傳動機構2、3把運動傳至Ⅰ軸，經兩級蝸輪蝸桿4與5、6與7把運動傳至Ⅱ軸，經兩級齒輪副8與9、9與10傳至執行機構。這樣執行機構獲得所需的旋轉運動。其傳動路線為：

圖2 XL 400設備頭架傳動機構原理圖

1.2 執行機構受力計算

該設備采用雙硬質合金銑力盤，根據硬質合金周銑刀銑削力FZ的計算公式[1]：

其中，

αf為每齒進給量，根據執行機構實際轉速為1 r/6 min與工作回轉直徑可取0.0537 mm/Z；

αp為吃刀深度，根據實際加工余量取25 mm；

αе為切削寬度，根據加工工件取38 mm；

Z為銑刀齒數，根據刀盤結構為15齒；

d0為銑刀盤直徑，為750 mm。

計算得

總進給力

總進給轉矩

1.3 蝸輪受力計算

據頭架傳動路線，齒輪8→齒輪9→齒輪10，蝸輪7實際輸出扭矩為

2 蝸輪磨損分析

2.1 接觸應力計算

蝸輪7的許用應力

[σ]H=180MPa

蝸輪7的實際應力計算[2]：

其中，

K為負載系數，取1.1；

m為蝸輪模數5 mm；

q為特征系數12；

Z7為蝸輪齒數37；

ZE為材料系數，為155。

因為σH＜［σ］H，相差不大，所以基本達到設計要求。

2.2 蝸輪磨損分析

通過以上計算可知：蝸輪表面實際應力小于許用應力，但是很接近，表面上看設計沒有問題。然后檢查蝸輪蝸桿的潤滑狀況，潤滑條件良好。再檢查機構的負荷狀況，經過仔細觀察設備上銑刀盤上的刀片，發現銑刀盤上的刀片不同程度上存在磨損，甚至有些嚴重磨損，無形中造成蝸輪7實際接觸應力遠遠大于許用應力，最終引起蝸輪過早磨損。

因此，原設計方案處于一種不可靠狀態，一但負荷增大，就會引起薄弱環節蝸輪的嚴重磨損。

3 解決措施

3.1 改進設計方案

用直廓環面蝸桿傳動替代阿基米德蝸桿傳動，為了應用原來箱體結構，還要維持原傳動比，直廓環面蝸桿傳動的中心距與原來一樣。根據傳動比37、中心距122.5mm、蝸桿轉速8.2r/min，查機械設計手冊[3]，得

蝸桿額定輸入功率為0.3 kW，由公式

計算得蝸輪輸出扭矩為10341 N·m，此值遠遠大于阿基米德蝸桿傳動的輸出扭矩261 N·m。在實際應用過程中，此蝸輪并沒有承受這樣大的扭矩，所以蝸輪不容易磨損。這樣加強了薄弱環節，使傳動鏈的設計趨于合理。

3.2 應用效果

經過設計直廓環面蝸桿傳動及加工制造、安裝調試，替代了阿基米德蝸桿傳動，并經過將近一年的實踐，沒有出現異常現象。與阿基米德蝸桿傳動相比，這樣的改進是合理的、成功的。

因為直廓環面蝸桿傳動是多齒接觸和雙接觸線接觸，因此擴大了接觸面積，改善了油膜形成條件，增大了齒面間的相對曲率半徑等，這就是提高承載能力的原因所在。

4 結束語

本文主要研究XL 400設備頭架傳動機構的蝸輪磨損過快的原因，并用直廓環面蝸桿傳動替代阿基米德蝸桿傳動，最終提高蝸輪的使用壽命，解決了蝸輪磨損過快的問題，滿足生產的需要。

對于設備操作人員要求，應提高其操作技能，勤于檢查刀片磨損狀況，及時更換已到磨鈍標準的刀片，防止傳動機構超負荷運行。

對于專用設備設計人員要求，應認真核算傳動機構強度要求，設計時強度要留有余地，防止發生意外情況。

[1]華南工學院.金屬切削原理及刀具手冊[K].上海：上海科學技術出版社，1980.

[2]許鎮宇.機械零件[M].北京：人民教育出版社，1981.

[3]聞邦椿.機械設計手冊[K].北京：機械工業出版社，2010.