管磨機(jī)邊緣傳動(dòng)齒輪振動(dòng)原因分析與預(yù)防控制

陳昱良 陳占國(guó)/中材建設(shè)有限公司

管磨機(jī)邊緣傳動(dòng)齒輪振動(dòng)原因分析與預(yù)防控制

陳昱良 陳占國(guó)/中材建設(shè)有限公司

管磨機(jī)是選礦、發(fā)電、化工和硅酸鹽等重工業(yè)部門廣泛采用的粉磨機(jī)械,更是水泥工廠的主要機(jī)械設(shè)備之一。主要從設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用等方面全面分析了管磨機(jī)邊緣傳動(dòng)齒輪振動(dòng)產(chǎn)生的原因，同時(shí)闡述了振動(dòng)的預(yù)防控制階段和控制方法，得出了從多方面分析才能對(duì)管磨機(jī)邊緣傳動(dòng)齒輪振動(dòng)原因作出正確判斷的結(jié)論。

管磨機(jī)；邊緣傳動(dòng)；齒輪；振動(dòng)原因

文章通過(guò)分析管磨機(jī)齒輪副在設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)的原因，對(duì)齒輪副振動(dòng)的危害進(jìn)行了論述，并從多角度提出了針對(duì)齒輪副振動(dòng)的優(yōu)化措施，以此保證管磨機(jī)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

1.引發(fā)管磨機(jī)齒輪副振動(dòng)的危害

管磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求極高，若傳動(dòng)齒輪出現(xiàn)振動(dòng)，很容易致使管磨機(jī)運(yùn)行失穩(wěn)，從而造成危害，引發(fā)事故。結(jié)合實(shí)際對(duì)齒輪副振動(dòng)的危害進(jìn)行總結(jié)主要包含以下幾種。

（1）引發(fā)沖擊。傳動(dòng)齒輪振動(dòng)最明顯的表現(xiàn)在嚙合齒面的滑動(dòng)距離會(huì)有所增加，且載荷峰值也會(huì)相應(yīng)增大，因此會(huì)在嚙合齒面處發(fā)生滑動(dòng)摩擦。（2）損壞軸承。管磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)利用傳動(dòng)齒輪進(jìn)行動(dòng)力傳輸，同樣傳動(dòng)齒輪副發(fā)生振動(dòng)后，振動(dòng)也會(huì)通過(guò)齒輪傳遞給軸承、基座、電機(jī)等結(jié)構(gòu)，致使軸承座螺栓松脫，甚至損壞軸承座，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致軸承座發(fā)生疲勞斷裂。另外振動(dòng)傳遞至電機(jī)會(huì)引發(fā)定子、轉(zhuǎn)子運(yùn)行偏移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀電機(jī)，令管磨機(jī)無(wú)法工作。（3）破壞嚙合面。合理的潤(rùn)滑不但可以令管磨機(jī)工作效率提高，更能夠有效保護(hù)設(shè)備各個(gè)部件，但振動(dòng)會(huì)令嚙合面潤(rùn)滑油膜受到破壞。此時(shí)嚙合面摩擦必然增大，磨損必然增加，齒輪壽命因此降低。

2.管磨機(jī)邊緣傳動(dòng)齒輪振動(dòng)原因分析

2.1 設(shè)計(jì)因素

2.1.1 齒輪受力方向。

管磨機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到齒輪傳動(dòng)中大齒輪的受力方向垂直向上，設(shè)備基礎(chǔ)不承受水平方向的分力[1]。如圖1所示，大小齒輪位置尺寸E和a與壓力角an的關(guān)系為cosan=E/a。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪傳動(dòng)或不變位圓柱斜齒輪傳動(dòng)，建立基于以上關(guān)系式基礎(chǔ)上的大小齒輪位置關(guān)系時(shí)，大小齒輪之間在水平方向不承受推力，因而不因水平分力過(guò)大而產(chǎn)生振動(dòng)。

圖1 管磨機(jī)大小齒輪位置關(guān)系

2.1.2 相對(duì)滑動(dòng)率。

齒輪磨損的重要原因是齒面相對(duì)滑動(dòng)，將相互嚙合兩齒輪最大滑動(dòng)率相等或相近作為齒輪變位系數(shù)取值的優(yōu)化目標(biāo)。適當(dāng)分配2個(gè)齒輪的變位系數(shù)，使它們的最大滑動(dòng)率相當(dāng)或接近，既可降低齒面接觸應(yīng)力，又可提高齒輪的抗膠合和耐磨損能力，當(dāng)管磨機(jī)齒輪總變位系數(shù)分配合理、滑動(dòng)率差很小時(shí)，更有利于延長(zhǎng)齒輪壽命。

2.1.3 齒寬系數(shù)。

管磨機(jī)齒輪直徑一般在3.5m以上，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定齒輪精度為9-8-8級(jí)，很難達(dá)到更高的加工精度。齒寬系數(shù)越大，載荷沿齒寬分布不均勻的現(xiàn)象越嚴(yán)重，管磨機(jī)齒輪齒寬系數(shù)一般以不大于0.8為宜。

2.1.4 其他方面原因。

(1)大齒圈輪輻輪緣剛度對(duì)振動(dòng)影響較大，甚至造成輪輻輪緣斷裂；

(2)哈夫面處變形造成齒距誤差大，產(chǎn)生沖擊力，由于緩沖功能不明顯，導(dǎo)致哈夫面外側(cè)的雙頭螺栓產(chǎn)生拉伸塑性變形和斷裂，產(chǎn)生振動(dòng)；

(3)哈夫面聯(lián)接雙頭螺柱在退刀槽處斷裂產(chǎn)生振動(dòng)；

(4)大小齒輪齒數(shù)不互質(zhì)造成輪齒不均勻磨損，引起振動(dòng)；

(5)對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的管磨機(jī)筒體，軸線撓曲較大產(chǎn)生振動(dòng)。

2.2 制造因素

2.2.1 大齒圈。

(1)由于加工殘余變形引起哈夫面處二次把合不嚴(yán)，造成齒距變大、徑向跳動(dòng)大(見(jiàn)圖2)，安裝無(wú)法調(diào)整到位而產(chǎn)生振動(dòng)。

(2)如圖2所示，非一次裝夾加工或裝夾跳動(dòng)檢測(cè)疏忽造成外圓與加工基準(zhǔn)面B(安裝法蘭止口)不同軸，造成外圓跳動(dòng)大，無(wú)法安裝調(diào)整到位而產(chǎn)生振動(dòng)。

(3)以齒圈外圓、法蘭止口一次性裝夾加工的端面為基準(zhǔn)端面，基準(zhǔn)端面A應(yīng)為跳動(dòng)檢測(cè)面，如圖2所示。當(dāng)滾齒裝夾時(shí)基準(zhǔn)端面A與非基準(zhǔn)端面混淆(即在非基準(zhǔn)端面上進(jìn)行裝夾跳動(dòng)檢測(cè))，造成基準(zhǔn)端面跳動(dòng)大，安裝無(wú)法調(diào)整到位而產(chǎn)生振動(dòng)。

圖2 滾齒裝夾基準(zhǔn)面和跳動(dòng)檢測(cè)

2.3 安裝因素

(1)側(cè)隙過(guò)小或過(guò)大。 側(cè)隙可以補(bǔ)償管磨機(jī)齒輪的制造和安裝誤差，適應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的徑向跳動(dòng)偏差、熱膨脹和輪齒受力變形。側(cè)隙過(guò)小容易發(fā)生咬死等現(xiàn)象，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良使磨損加劇而造成振動(dòng)；側(cè)隙過(guò)大容易發(fā)生斷齒事故。

(2)大小齒輪軸心線不平行 大小齒輪軸心線

(3)大齒圈的聯(lián)接螺栓(或螺柱)緊固不到位 哈夫面聯(lián)接緊固不到位，哈夫面不貼合，或齒圈法蘭聯(lián)接緊固不到位，造成聯(lián)接剛度不足而產(chǎn)生振動(dòng)。

(4)大齒圈聯(lián)接螺栓(或螺柱)緊固螺母擰緊過(guò)度 預(yù)緊力控制不當(dāng)，擰緊力超過(guò)許用拉力時(shí)螺柱容易產(chǎn)生塑變、斷裂而產(chǎn)生振動(dòng)。

(5)小齒輪軸聯(lián)軸器安裝質(zhì)量差 聯(lián)軸器安裝歪斜、不同軸，超出偏離補(bǔ)償范圍，引起齒輪振動(dòng)，而且影響聯(lián)軸器使用壽命等。

2.4 工作環(huán)境因素

管磨機(jī)大多被應(yīng)用于水泥廠、礦山以及分料的研磨，因而工作環(huán)境相對(duì)較差，而管磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)并非密封的，傳動(dòng)齒輪很容易暴露在空氣下，而空氣中漂浮的粉塵以及礦漿很容易進(jìn)入齒輪間隙，從而加大齒輪間的摩擦，這種摩擦屬于非常態(tài)摩擦，在這樣的狀態(tài)下傳動(dòng)齒輪副便會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)。除此之外，干摩擦也會(huì)加速齒輪的磨損，干摩擦是由于齒輪副之間潤(rùn)滑不當(dāng)導(dǎo)致的，這種不良摩擦也會(huì)導(dǎo)致齒輪振動(dòng)。

3.控制措施

（1）嚴(yán)格保證齒輪加工質(zhì)量，控制齒形誤差和齒距誤差，對(duì)傳動(dòng)齒輪副中基圓齒距較大或高速軸上的齒輪進(jìn)行齒頂修緣，修緣量可參考《機(jī)械工程手冊(cè)》經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。（2）嚴(yán)格按管磨機(jī)安裝和檢修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝和檢修，保證各部件之間滿足安裝要求；加強(qiáng)日常點(diǎn)檢制度，按規(guī)定對(duì)各參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)有異常情況，及時(shí)采取措施，進(jìn)行整改，將故障隱患消除在萌芽狀態(tài)。（3）改進(jìn)齒輪副的潤(rùn)滑方式，保證充分供給潤(rùn)滑油，形成良好的油膜，采用自動(dòng)噴油潤(rùn)滑，改進(jìn)齒輪護(hù)罩，采用封閉式以減少進(jìn)入齒輪副嚙合面的漂浮物和小顆粒數(shù)量，防止輪齒磨損過(guò)快引起振動(dòng)。（4）在大齒圈上下齒輪罩接合面之間及觀察孔與罩體之間夾一層廢橡膠片以吸收振動(dòng)，對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行改進(jìn)，采用彈性聯(lián)軸器以調(diào)整小齒輪軸和電機(jī)軸的同軸度誤差，減少振動(dòng)。

4.結(jié)束語(yǔ)

傳動(dòng)齒輪振動(dòng)會(huì)對(duì)管磨機(jī)的使用壽命造成影響，尤其是傳動(dòng)齒輪，不正常的振動(dòng)會(huì)加速配件的磨損、毀壞；管磨機(jī)邊緣傳動(dòng)齒輪，振動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是多方面的，可分別出現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造、安裝或工作環(huán)境方面進(jìn)行分析。因此實(shí)際生產(chǎn)中，操作人員應(yīng)當(dāng)熟練掌握操作技術(shù)，規(guī)范自身的操作，以此降低齒輪振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生率，對(duì)振動(dòng)進(jìn)行控制。另外，還應(yīng)當(dāng)從制造齒輪方面著手，提高制造精度，并確保齒輪的安裝符合安裝標(biāo)準(zhǔn)要求，并在安裝合理的基礎(chǔ)上采用合理的密封、潤(rùn)滑方式。并落實(shí)日常維護(hù)、點(diǎn)檢，以此降低齒輪副出現(xiàn)振動(dòng)的幾率，提高管磨機(jī)的穩(wěn)定性。

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[1]洪允征．管磨機(jī)邊緣傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械，2013，24(6)：33-35.

[2]閆存富，李建偉，劉軍.管磨機(jī)傳動(dòng)裝置失效形式分析[J].煤礦機(jī)械，2010，31（12）：155-157.