旋回破碎機主傳動弧齒錐齒輪的設(shè)計與加工

袁志高

（湖南南方宇航高精傳動有限公司，湖南株洲412002）

0 引言

旋回破碎機是利用破碎錐在殼體內(nèi)錐腔中的旋回運動，對物料產(chǎn)生擠壓、劈裂和彎曲作用，進而粗碎各種硬度的礦石或巖石的大型破碎機械[1-5]，如圖1所示。裝有破碎錐的主軸，其上端支承在橫梁中部的襯套內(nèi)，其下端則置于偏心軸套的偏心孔中。主傳動弧齒錐齒輪副的大輪安裝在偏心軸套上，因此當(dāng)弧齒錐齒輪副的小輪驅(qū)動大輪并帶動軸套轉(zhuǎn)動時，破碎錐繞機器中心線作偏心旋回運動，其破碎動作是連續(xù)進行的，故工作效率高于顎式破碎機。

由于破碎錐繞機器中心線作偏心旋回運動，因此在旋回破碎機工作過程中，與偏心軸套固連的弧齒錐齒輪副的大輪，其軸線同樣繞機器中心線作偏心回轉(zhuǎn)運動，這就造成了齒輪副的大、小輪在工作過程中，其相對位置時刻發(fā)生變化。為了保證弧齒錐齒輪副的正常工作，需保證其在不同工作位置時都要有合理的側(cè)隙，避免齒面的卡死。此外，還應(yīng)保證在不同工作位置時，齒面嚙合接觸區(qū)都位于齒面內(nèi)，不能產(chǎn)生邊緣接觸，避免輪齒的受載折斷。

圖1 旋回破碎機結(jié)構(gòu)圖

1 弧齒錐齒輪副基本參數(shù)及側(cè)隙的確定

以某礦山設(shè)備制造企業(yè)生產(chǎn)的旋回破碎機為例，其主傳動弧齒錐齒輪副的基本參數(shù)為：小輪齒數(shù)16，大輪齒數(shù)49，大端端面模數(shù)17 mm，軸交角90°，壓力角20°，中點螺旋角30°，大輪齒面寬125 mm，小輪旋向左旋，齒輪副傳遞功率220 kW，小輪輸入轉(zhuǎn)速490 r/min。工作過程中，大輪軸線繞機器中心線做偏心回轉(zhuǎn)運動，其偏心量為0.65 mm。

對于該弧齒錐齒輪副，根據(jù)錐齒輪設(shè)計標準，其大端最小法向側(cè)隙值為0.69 mm。由于齒輪副的大輪在工作過程中做偏心回轉(zhuǎn)運動，因此，齒輪副大、小輪之間的相對位置不斷產(chǎn)生變化。而相對位置的變化也會造成側(cè)隙的變化。為了保證齒輪副在不同位置嚙合時都具有合適的側(cè)隙，將齒輪副的工作位置分為圖2所示的8種情況，圖2中0所在的位置表示大輪軸線位于理論安裝位置，而數(shù)字1~8所代表的位置分別表示大輪實際軸線繞機器中心線偏心回轉(zhuǎn)時所處的不同位置。

圖2 齒輪副工作位置的8種情況

當(dāng)大輪的實際軸線處于圖2中1~8所代表的8個不同位置時，則齒輪副大、小輪之間的位置相對于理論安裝位置產(chǎn)生了偏差。用V、H表示相對位置的偏差量，如圖3所示，圖中H表示小輪沿其軸線相對于大輪的位置偏差量，遠離大輪軸線為正值；V表示小輪沿與其軸線相垂直的方向相對于大輪的位置偏差量。

圖3 位置偏差的示意圖

根據(jù)圖2中所確定的8個位置以及圖3所定義的位置偏差量，利用錐齒輪設(shè)計分析專用軟件KIMoS[6]，通 過 反 復(fù)試算并考慮一定安全裕量的情況下，將齒輪副在理論安裝位置的側(cè)隙值設(shè)定為1.05 mm，則可以計算得到8個位置所對應(yīng)的V、H值以及側(cè)隙值，如表1所示。

表1 8個位置的位置偏差及側(cè)隙值

從表1中可知，當(dāng)大輪的軸線運動到8個不同的位置時，齒輪副的側(cè)隙值都大于0.69 mm，因此，滿足齒輪副正常工作的側(cè)隙要求。

2 齒輪加工機床調(diào)整參數(shù)的確定

對于傳統(tǒng)的弧齒錐齒輪副，在確定齒輪加工機床調(diào)整參數(shù)時，只要保證齒輪副在理論安裝位置有合適的接觸區(qū)即可。但是對于旋回破碎機的弧齒錐齒輪副，由于工作過程中大、小輪之間的相對位置時刻發(fā)生變化，因此，確定齒輪加工機床調(diào)整參數(shù)時，就需要保證齒輪副在不同位置嚙合時，其接觸區(qū)都應(yīng)位于齒面內(nèi)，而不應(yīng)位于齒面邊緣或溢出齒面。

圖4 8個位置的齒面嚙合接觸區(qū)

表2 大輪的切齒/磨齒加工機床調(diào)整參數(shù)

對于旋回破碎機的弧齒錐齒輪副，為了確定合理的切齒加工機床調(diào)整參數(shù)，充分利用了KIMoS軟件的齒面修形功能以及齒面接觸分析和齒面加載接觸分析功能[6]。通過修改齒面的一階和二階修形參數(shù)，可以修改小輪齒面的修形量，包括壓力角修形量、螺旋角修形量、齒長曲率修形量、齒高曲率修形量、短程撓率修形量，進而通過齒面接觸分析功能模塊和齒面加載接觸分析功能模塊，觀察齒輪副在不同工作位置時的嚙合接觸區(qū)的大小、方向、位置。當(dāng)不同工作位置的接觸區(qū)滿足設(shè)計要求時，即可輸出相對應(yīng)的切齒加工機床調(diào)整參數(shù)。

圖5 8個位置的齒面加載嚙合接觸區(qū)

表3 小輪的切齒/磨齒加工機床調(diào)整參數(shù)

圖6 齒輪副接觸區(qū)的檢驗

圖4是經(jīng)過多次修正調(diào)整后得到的、在不同工作位置時的小輪凹面與大輪凸面的齒面嚙合接觸區(qū)。圖5是齒輪副滿載時在不同工作位置的、小輪凹面與大輪凸面的齒面加載嚙合接觸區(qū)。從圖4和圖5中可知，無論是輕載還是滿載，齒面的嚙合接觸區(qū)都位于齒面內(nèi)，不存在邊緣接觸的情況。表2和表3分別是軟件計算得到的、切齒/磨齒加工大、小輪的機床調(diào)整參數(shù)。

3 齒輪切齒加工

基于以上的軟件設(shè)計計算結(jié)果，在國產(chǎn)H2000C型數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機上進行了大、小輪的實際切齒加工，在國產(chǎn)H2000G型數(shù)控螺旋錐齒輪磨齒機上進行了大、小輪的熱后磨齒精加工，并在H2000T數(shù)控螺旋錐齒輪檢驗機上進行了接觸區(qū)檢驗，如圖6所示，齒輪副的實際接觸區(qū)與軟件分析結(jié)果基本一致，滿足旋回破碎機生產(chǎn)廠家的要求，目前所加工的齒輪副已投入實際應(yīng)用。

4 結(jié) 論

1）針對旋回破碎機主傳動弧齒錐齒輪副的工作特性，將其工作位置分為8種情況，并計算了8個位置的位置偏差。

2）根據(jù)工作位置的8種情況，確定了齒輪副的大端法向側(cè)隙以及齒輪加工的機床調(diào)整參數(shù)。

3）基于軟件設(shè)計計算結(jié)果所加工的齒輪副滿足旋回破碎機生產(chǎn)廠家的要求且已投入實際應(yīng)用。