一種驅(qū)動(dòng)造紙機(jī)烘缸的組合齒輪箱

王樹甲 王 蔚 王德海

（南京寧嘉機(jī)電有限公司，江蘇 南京 211153）

0 引言

造紙機(jī)烘干部作為造紙機(jī)的主要干燥設(shè)備，一般由8只～24只烘缸組成。烘缸齒輪箱作為驅(qū)動(dòng)烘缸的關(guān)鍵傳動(dòng)設(shè)備，將動(dòng)力減速增扭或改變傳遞方向后，驅(qū)動(dòng)烘缸轉(zhuǎn)動(dòng)。目前造紙機(jī)烘干部一般由5臺(tái)齒輪箱組成且單臺(tái)烘缸齒輪箱需要帶動(dòng)2個(gè)～8個(gè)烘缸等速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要根據(jù)每個(gè)烘缸體的位置和轉(zhuǎn)向要求設(shè)置減速齒輪副和過渡齒輪副，不僅整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大、傳動(dòng)效率低，而且難以滿足大型化、高可靠性的市場(chǎng)趨勢(shì)。此外，由于箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般多采用飛濺潤(rùn)滑或外置強(qiáng)制潤(rùn)滑油道導(dǎo)致烘缸齒輪箱外部潤(rùn)滑油道過多，不僅存在漏油隱患，而且影響整機(jī)的外觀。

針對(duì)目前國內(nèi)驅(qū)動(dòng)造紙機(jī)烘缸齒輪箱的大型化、緊湊型產(chǎn)品短缺和現(xiàn)有齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)效率低的不足，設(shè)計(jì)出了一種新型驅(qū)動(dòng)造紙機(jī)烘缸的組合齒輪箱。該新型驅(qū)動(dòng)造紙機(jī)烘缸的組合齒輪箱主要特點(diǎn)在于：

①將烘缸齒輪箱拆分為N臺(tái)模塊化齒輪箱，各自帶動(dòng)單個(gè)烘缸體轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過萬向節(jié)聯(lián)軸器將各齒輪箱連接起來。動(dòng)力經(jīng)烘缸齒輪箱分流和減速增扭后驅(qū)動(dòng)烘缸體等速轉(zhuǎn)動(dòng)。

②將模塊化烘缸齒輪箱拆分為角箱模塊、連接法蘭和減速機(jī)模塊，通過依序拼裝實(shí)現(xiàn)9種不同的裝配形式（如圖1所示）。

③連接法蘭兩端面為連接盤均設(shè)有定位止口和8個(gè)均布連接孔，通過連接孔的不同組合實(shí)現(xiàn)角箱模塊與減速箱模塊角度限制。

④角箱模塊傳動(dòng)軸與減速箱模塊傳動(dòng)軸通過花鍵聯(lián)接（如圖2所示），不僅結(jié)構(gòu)緊湊，縮短安裝距離，而且省去了彈性聯(lián)軸器，安裝更簡(jiǎn)單。

⑤雖然烘缸齒輪箱整機(jī)較小，但是創(chuàng)造性采用內(nèi)置強(qiáng)制潤(rùn)滑油道，不僅整機(jī)外形更簡(jiǎn)潔美觀，而且降低泄露風(fēng)險(xiǎn)。

1 設(shè)計(jì)思路

造紙機(jī)烘干部一般由電機(jī)、烘缸齒輪箱、烘缸體等組成，電機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)烘缸齒輪箱減速增扭或改變傳遞方向后，用于驅(qū)動(dòng)上下烘干輥轉(zhuǎn)動(dòng)。針對(duì)目前國內(nèi)驅(qū)動(dòng)造紙機(jī)烘缸的齒輪箱大型化、緊湊型產(chǎn)品短缺和傳統(tǒng)齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)效率低的不足，設(shè)計(jì)開發(fā)了新型驅(qū)動(dòng)烘缸的組合齒輪箱。將傳統(tǒng)的烘缸齒輪箱根據(jù)每個(gè)烘缸體和動(dòng)力源的位置需要拆分為9種模塊化齒輪箱，并通過萬向聯(lián)軸器連接為整體。各模塊化齒輪箱又被拆分標(biāo)準(zhǔn)化的角箱模塊、連接法蘭和減速機(jī)模塊，通過依次順序拼裝實(shí)現(xiàn)9種不同的裝配形式。由于各模塊化齒輪箱安裝位置多變及裝配形式多樣，整機(jī)通過輸出軸空心定位孔和鉸座來支撐和定位；由于模塊化齒輪箱內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及外形尺寸的緊湊性，各模塊齒輪箱內(nèi)部傳動(dòng)軸通過花鍵聯(lián)接傳遞動(dòng)力，殼體通過連接法蘭定位和緊固。設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮安裝空間的可行性、裝配的可行性及可靠的使用強(qiáng)度。在確定齒輪箱主參數(shù)及總中心距后再逐一對(duì)齒輪強(qiáng)度、花鍵強(qiáng)度、整機(jī)外形進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。該模塊化烘缸齒輪箱的整體設(shè)計(jì)方案如圖2、圖3、圖4所示。

2 齒輪箱結(jié)構(gòu)

附圖說明：

圖1是烘缸齒輪箱裝配形式示意圖。

圖2是烘缸齒輪箱主視圖（以E型裝配形式示例）。

圖3是圖2的A—A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖2的B—B向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是連接法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是減速機(jī)模塊過渡軸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 烘缸齒輪箱裝配形式示意圖

圖2～圖6：1—減速箱模塊；2—連接法蘭；3—角箱模塊；4—鉸座；5—減速齒輪副；6—輸出軸；7—過渡軸；8—減速錐齒輪副；9—輸入軸；10—錐齒輪副；11—角箱驅(qū)動(dòng)軸；12—連接軸；13—內(nèi)花鍵；14—連接孔；15—連接盤。

圖1中，每個(gè)格子內(nèi)展示的是烘缸齒輪箱的一種裝配方式，同一格子內(nèi)的上部圖為組合方式的主視圖，下部圖為對(duì)應(yīng)的俯視圖；圖2中，烘缸齒輪箱被拆分角箱模塊3、連接法蘭2和減速機(jī)模塊1，通過依次順序拼裝實(shí)現(xiàn)9種不同的裝配形式。角箱模塊通過連接法蘭與減速機(jī)模塊組合時(shí)，角箱模塊3即可以位于減速機(jī)模塊1的左側(cè)，又可以位于減速機(jī)模塊1的右側(cè)，減速機(jī)模塊1既可以與一個(gè)角箱模塊3組合，又可以與兩個(gè)角箱模塊3組合，通過連接法蘭2兩側(cè)的連接孔對(duì)組合齒輪箱輸入軸9與輸出軸6的夾角予以限定。使用時(shí)，通過減速機(jī)模塊1上的輸出軸空心定位孔和鉸座4來固定。

圖3，圖4中，角箱模塊內(nèi)部布置一對(duì)速比為1∶1的錐齒輪副10、輸入軸9和兩端伸出箱體的驅(qū)動(dòng)軸11，輸入軸9和驅(qū)動(dòng)軸11正交；減速箱模塊內(nèi)部設(shè)置一對(duì)錐齒輪副8和一對(duì)平行齒輪副5，輸入軸與輸出軸空間交錯(cuò)。

圖5中，展示了減速機(jī)模塊1的3種不同結(jié)構(gòu)的過渡軸7。其中圖5（a）所示的驅(qū)動(dòng)軸的一端設(shè)有與角箱模塊3中驅(qū)動(dòng)軸11匹配的內(nèi)花鍵，另一端為含有鍵槽的連接軸12；圖5（b）所示的驅(qū)動(dòng)軸兩端均設(shè)有與角箱模塊21中驅(qū)動(dòng)軸13匹配的內(nèi)花鍵13；圖5（c）所示的驅(qū)動(dòng)軸兩端為含有鍵槽的連接軸12。

圖2 烘缸齒輪箱外形圖（以E型示例）

圖3 A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖

3 布局分析及工作原理

烘缸齒輪箱由減速箱模塊1、連接法蘭2和角箱模塊3依次順序拼裝而成。在本文中，角箱模塊3箱體的外壁以及減速機(jī)模塊1的箱體外壁均設(shè)有與連接法蘭2上連接孔對(duì)應(yīng)的連接螺栓，角箱模塊3中的驅(qū)動(dòng)軸11與減速機(jī)模塊1中過渡軸7通過內(nèi)外花鍵對(duì)接后，它們的箱體通過連接法蘭2固為一體。

圖4 B-B向剖視結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 過渡軸結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 聯(lián)接法蘭結(jié)構(gòu)示意圖

減速機(jī)模塊的垂直斷面上設(shè)有上下排列相互平行的輸出軸6和減速齒輪軸，其水平斷面上設(shè)有與減速齒輪軸正交的過渡軸7和一對(duì)減速錐齒輪副8。過渡軸7兩端伸出箱體，可以根據(jù)齒輪箱裝配形式需要選擇不同結(jié)構(gòu)形式（如圖5所示）；輸出軸6為兩端貫穿箱體的空心軸，其內(nèi)壁設(shè)有鍵槽，輸出軸通過鍵槽中的鍵與烘缸對(duì)接；減速機(jī)模塊1的過渡軸兩端箱體外壁均設(shè)有與連接法蘭2上連接孔14對(duì)應(yīng)的連接螺栓，它們均與過渡軸7的軸心等距且均勻分布。

角箱模塊21箱體中設(shè)有輸入軸9和兩端伸出箱體的驅(qū)動(dòng)軸11，輸入軸9和驅(qū)動(dòng)軸11正交，它們之間由一對(duì)錐齒輪10相互嚙合，錐齒輪付的傳動(dòng)比為1∶1。驅(qū)動(dòng)軸11一端通過鍵與聯(lián)軸器對(duì)接，另一端通過內(nèi)外花鍵與減速機(jī)模塊1中過渡軸7對(duì)接。角箱驅(qū)動(dòng)軸11兩端箱體的外壁上的連接螺栓與連接法蘭2上的連接孔14匹配。

連接法蘭2兩側(cè)的連接盤上15均設(shè)有均布的連接孔14。由于連接盤兩側(cè)空間狹小，所以兩側(cè)連接孔交錯(cuò)布置以保證緊固螺栓的安裝空間。烘缸齒輪箱輸入軸9與輸出軸6的夾角是通過選擇兩連接盤上不同的連接孔分別與角箱模塊和減速箱模塊上的連接螺栓固接來限定的。

動(dòng)力既可以通過角箱模塊的輸入軸傳遞給驅(qū)動(dòng)軸，然后由驅(qū)動(dòng)軸傳遞給減速機(jī)模塊和相鄰的角箱模塊，又可以從角箱模塊的驅(qū)動(dòng)軸輸入，然后傳遞給減速機(jī)模塊或者通過輸入軸傳遞至相鄰的角箱模塊。最終，動(dòng)力經(jīng)過減速箱模塊減速增扭后達(dá)到需要的工作轉(zhuǎn)速和扭矩驅(qū)動(dòng)烘缸等速轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)

造紙機(jī)烘干部一般需要8臺(tái)～24臺(tái)齒輪箱各自驅(qū)動(dòng)烘缸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由于烘缸體高溫超過70℃導(dǎo)致齒輪箱散熱困難，所以采用單臺(tái)稀油站集中供油強(qiáng)制噴油潤(rùn)滑冷卻的方式。烘缸齒輪箱整機(jī)較小且裝配形式多樣，潤(rùn)滑油道主要布置在箱體內(nèi)部，不僅整機(jī)外形更簡(jiǎn)潔美觀，而且降低泄露風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)稀油站時(shí)，通過熱平衡計(jì)算選擇合適的冷卻裝置，通過計(jì)算潤(rùn)滑點(diǎn)所有油量確定潤(rùn)滑系統(tǒng)流量，同時(shí)配有溫度計(jì)、壓力表、流量開關(guān)等電信號(hào)監(jiān)控儀表。

結(jié)語

實(shí)踐證明，該烘缸齒輪箱不僅結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)約空間、安裝簡(jiǎn)單方便、傳動(dòng)效率高，而且通用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)制造，大大提高了生產(chǎn)效率和降低用戶維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。該產(chǎn)品綜合性能已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，未來具有廣闊的發(fā)展前景。該產(chǎn)品已經(jīng)批量應(yīng)用于國內(nèi)的造紙廠商，目前使用狀況良好。